进程间通信方式有哪些？

答案

进程间主要有8种通信方式:

  • 匿名管道
  • 高级管道
  • 有名管道
  • 消息队列
  • 信号量
  • 信号
  • 共享内存
  • 套接字

答案解析

快速记忆：星星高，你笑有公道。记忆来源：信信高，匿消有共套。

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

1 匿名管道通信

匿名管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

  1. // 需要的头文件
  2. #include <unistd.h>
  4. // 通过pipe()函数来创建匿名管道
  5. // 返回值：成功返回0，失败返回-1
  6. // fd参数返回两个文件描述符
  7. // fd[0]指向管道的读端，fd[1]指向管道的写端
  8. // fd[1]的输出是fd[0]的输入。
  9. int pipe (int fd[2]);

通过匿名管道实现进程间通信的步骤如下：

  • 父进程创建管道，得到两个⽂件描述符指向管道的两端
  • 父进程fork出子进程，⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。
  • 父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]，即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。
  • 详细可参考文章：进程间的通信方式——pipe（管道）

2 高级管道通信

高级管道(popen)：将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前程序的子进程，这种方式我们成为高级管道方式。

3 有名管道通信

有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

4 消息队列通信

消息队列( message queue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

5 信号量通信

信号量( semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

6 信号

信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

7 共享内存通信

共享内存( shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

8 套接字通信

套接字( socket ) ： 套接口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

通信过程如下：

8.1命名socket

SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量。

8.2 绑定

SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量，将相应字段赋值，再将其绑定在创建的服务器套接字上，绑定要使用 bind 系统调用，其原形如下：

  1. int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);

其中 socket表示服务器端的套接字描述符，address 表示需要绑定的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示该本地地址的字节长度。

8.3 监听

服务器端套接字创建完毕并赋予本地地址值（名称，本例中为Server Socket）后，需要进行监听，等待客户端连接并处理请求，监听使用 listen 系统调用，接受客户端连接使用accept系统调用，它们的原形如下：

  1. int listen(int socket, int backlog);
  2. int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);

其中 socket 表示服务器端的套接字描述符；backlog 表示排队连接队列的长度（若有多个客户端同时连接，则需要进行排队）；address 表示当前连接客户端的本地地址，该参数为输出参数，是客户端传递过来的关于自身的信息；address_len 表示当前连接客户端本地地址的字节长度，这个参数既是输入参数，又是输出参数。

8.4 连接服务器

客户端套接字创建完毕并赋予本地地址值后，需要连接到服务器端进行通信，让服务器端为其提供处理服务。

对于SOCK_STREAM类型的流式套接字，需要客户端与服务器之间进行连接方可使用。连接要使用 connect 系统调用，其原形为

  1. int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);

其中socket为客户端的套接字描述符，address表示当前客户端的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示本地地址的字节长度。实现连接的代码如下：

  1. connect(client_sockfd, (struct sockaddr*)&client_address, sizeof(client_address));

8.5 相互发送接收数据

无论客户端还是服务器，都要和对方进行数据上的交互，这种交互也正是我们进程通信的主题。一个进程扮演客户端的角色，另外一个进程扮演服务器的角色，两个进程之间相互发送接收数据，这就是基于本地套接字的进程通信。发送和接收数据要使用 write 和 read 系统调用，它们的原形为：

  1. int read(int socket, char *buffer, size_t len);
  2. int write(int socket, char *buffer, size_t len);

其中 socket 为套接字描述符；len 为需要发送或需要接收的数据长度；

对于 read 系统调用，buffer 是用来存放接收数据的缓冲区，即接收来的数据存入其中，是一个输出参数；

对于 write 系统调用，buffer 用来存放需要发送出去的数据，即 buffer 内的数据被发送出去，是一个输入参数；返回值为已经发送或接收的数据长度。

8.6 断开连接

交互完成后，需要将连接断开以节省资源，使用close系统调用，其原形为：

  1. int close(int socket);

参考资料