从零开始掌握进程间通信：管道、信号、消息队列、共享内存大揭秘
内容介绍：
一、管道
二、信号
三、消息队列
四、共享内存
五、信号量
六、套接字
进程间通信IPC是指在不同进程间传递数据和信息的一种机制，在现代操作系统中进程间通信的方式有多种，包括管道、信号、消息队列、共享内存、信号量和套接字，本节课主要讲解各类 IPC 方式。
一、管道
1、分类
管道是一种简单且常用的进程间通信方式，主要包括两种类型，匿名管道和命名管道。
（1）匿名管道
主要用于具有亲缘关系的进程间通信，即父子进程之间的通信。匿名管道由系统调用 pipe 创建，管道的两端分别用于读和写数据，只能单向流动。
（2）命名管道
即有名字的管道，可以在没有亲缘关系的进程间使用。命名管道由系统调用 mkfifo 创建，并在文件系统中以路径名表示。
2、特点
Fifo：管道遵循先进先出的原则，保证数据的顺序性。
半双工：管道是半双工的通信方式，数据只能单向流动，如果需要双向通信，需要创建两个管道。
3、使用
管道使用起来比较简单，但也有一些限制，如只能用于本地进程间的通信，无法跨网络使用。
二、信号
信号是一种相对复杂的进程间通信方式，主要用于通知进程某些事件的发生，常见的信号有 SIGINT、SIGTERM 等。
1、使用
用户可以使用 kill 命令将信号发送给其他进程。该命令不仅仅可用于杀死进程，还可以用来发送各种信号，以通知进程执行特定操作。
2、特点
异步通信：信号的发送和接收是异步的，不需要接收方主动轮询。信号处理：接收进程可以定义信号处理函数，当信号到达时，操作系统会自动调用该函数。信号的实现和处理相对复杂，特别是在需要处理多个信号时，需要注意信号的优先级和处理顺序。
三、消息队列
消息队列是为了克服信号传递信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等问题而设计的。
1、使用
消息队列允许进程以消息的形式发送和接收数据，每条消息都有一个类型标识，这使得消息队列比管道更灵活，可以使用 msgget、msgsnd 和msgrcv 等系统调用来操作消息队列。
2、特点
有格式：消息队列可以存储具有特定格式的数据，每条消息可以包含一个类型标识和数据部分。
异步通信：消息发送方和接收方可以独立运行，不需要同时在线。
消息队列适用于需要在多个进程间传递结构化数据的场景。
四、共享内存
共享内存是最快的进程间通信方式，它允许多个进程直接读写同一块内存空间。
1、使用
共享内存通过 shmget、shmat 和 shmdt 等系统调用进行管理。进程可以创建或附加到一个共享内存段，然后对该内存段进行读写操作。
2、特点
高速通信：由于数据直接存取，共享内存的速度非常快，适合需要大量数据交换的场景。
同步机制：由于多个进程可以同时访问同一块内存，需要依靠某种同步机制来保证数据的一致性和避免竞争条件。
共享内存非常高效，但需要小心处理同步和互斥问题，否则可能导致数据不一致或竞争条件。
五、信号量
信号量是一种用于解决进程间同步和互斥问题的计数器。
1、使用
信号量通常用于控制对共享资源的访问，可以使用 semget、semop 和 semctl 等系统调用来操作信号量。信号量的基本操作包括 P 操作和 V 操作，用于减少和增加信号量的值。
2、特点
同步机制：信号量主要用于解决进程间的同步问题，例如控制对共享资源的访问，避免竞争条件。信号量可以有效避免多个进程同时访问共享资源而引发的竞争条件。
信号量是实现进程间同步和互斥的重要工具，适用于需要严格控制资源访问的场景。
六、套接字
套接字是一种广泛使用的进程间通信方式，尤其适用于跨网络的通信。
1、使用
套接字提供了一种标准化的通信机制，允许不同主机上的进程进行通信，可以使用 socket、bind、listen、accept、connect 等系统调用来操作套接字。套接字支持多种通信协议，如 TCP 和 UDP 。
2、特点
跨网络通信：套接字不仅可以用于本地进程间通信，还可以用于不同主机上的进程间通信。
灵活性：套接字支持多种协议，适用于多种应用场景。
套接字是网络编程的基础，广泛应用于客户端-服务器模型的应用程序中。
进程间通信是操作系统中的一个关键概念，提供了多种机制来实现进程间的数据交换和同步。管道、信号、消息队列、共享内存、信号量和套接字各有优缺点，适用于不同的应用场景。在实际应用中选择合适的 IPC 方式，可以有效提高系统的性能和可靠性。
以上就是本节课的全部内容。
