開頭

　　每個程序的使用者地址空間都是獨立的，程序與程序之間，內部空間是隔離的，程序 A 不可能直接使用程序 B 的變數名的形式得到程序 B 中變數的值。但核心空間是每個程序都共享的，所以程序之間要通訊必須通過核心。實現程序與程序之間的通訊，常用的方式主要有：管道、訊息佇列、共享記憶體、訊號量、訊號、socket等等。

一、管道

　　在 Linux 命令中，常見的“|”符號就是一種管道。比如：

 ps auxf | grep mysql

　　上面的命令中，“|”的功能是將前一個命令（ps auxf）的輸出，作為後一個命令（grep mysql）的輸入。這種管道沒有名字，匿名管道，用完就銷燬。命名管道

　　管道傳輸資料是單向的，如果想相互通訊，需要建立兩個管道才行。

管道建立、寫入、讀取

建立

mkfifo myPipe

　　myPipe 是新建立的管道的名稱，基於 Linux 一切皆檔案的理念，管道也是以檔案的方式存在，可以用 ls 看到檔案型別是 p，也就是 pipe（管道） 的意思：

$ ls -l
prw-r--r--. 1 root    root         0 Jul 17 02:45 myPipe

echo "hello" > myPipe  # 將資料寫進管道。程式會阻塞，只有當管道里的資料被讀完後，程式才會正常繼續。
 

                         

cat < myPipe  # 讀取管道里的資料
# hello

管道的優缺點

　　缺點：管道的通訊方式效率低，不適合程序間頻繁地交換資料。

　　優點：簡單。

二、訊息佇列

　　前面說到管道的通訊方式效率很低，因此管道不適合程序間頻繁地交換資料。

　　對於這個問題，訊息佇列可以解決。比如，A 程序要給 B 程序傳送訊息，A 程序將資料存入訊息佇列，B 程序只需要讀取資料即可。反之亦如此。

　　訊息佇列的本質是儲存在核心中的一種訊息連結串列，在傳送資料時，會分成獨立的資料單元，也就是訊息體（資料塊）。訊息體是使用者自定義的資料型別，訊息的傳送方和接收方必須約定好訊息體的資料型別，所以每個訊息體都是固定大小的儲存塊，不像管道是無格式的位元組流資料。如果程序從訊息佇列中讀取了訊息體，核心就會把這個訊息體刪除。

　　訊息佇列生命週期隨核心，如果沒有釋放訊息佇列或者沒有關閉作業系統，訊息佇列會一直存在，而前面提到的匿名管道的生命週期，是隨程序的建立而建立，隨程序的結束而銷燬。

　　訊息這種模型，兩個程序之間的通訊就像平時發郵件一樣，你來一封，我回一封，可以頻繁溝通。但郵件的通訊方式存在不足的地方有兩點：一是通訊不及時，二是附件也有大小限制，這同樣也是訊息佇列通訊不足的點。

訊息佇列的優缺點

　　缺點：

1. 通訊不及時
2. 不適合比較大資料的傳輸，因為在核心中每個訊息體都有一個最大長度的限制，同時所有佇列所包含的全部訊息體的總長度也是有上限。在 Linux 核心中，會有兩個巨集定義 MSGMAX 和 MSGMNB，它們以位元組為單位，分別定義了一條訊息的最大長度和一個佇列的最大長度。
3. 訊息佇列通訊過程中，存在使用者態與核心態之間的資料拷貝開銷，因為程序寫入資料到核心中的訊息佇列時，會發生從使用者態拷貝資料到核心態的過程，同理另一程序讀取核心中的訊息資料時，會發生從核心態拷貝資料到使用者態的過程。

　　優點：

1. 可以頻繁地交換資料
2. 可以自定義資料型別

三、共享記憶體

　　訊息佇列的讀取和寫入的過程，都會有發生使用者態與核心態之間的訊息拷貝過程。而共享記憶體就很好的解決了這一問題。

　　現代作業系統，對於記憶體管理，採用的是虛擬記憶體技術，也就是每個程序都有自己獨立的虛擬記憶體空間，不同程序的虛擬記憶體對映到不同的實體記憶體中。所以，即使程序 A 和 程序 B 的虛擬地址是一樣的，其實訪問的是不同的實體記憶體地址，對於資料的增刪查改互不影響。

　　共享記憶體的機制，就是拿出一塊虛擬地址空間來，對映到相同的實體記憶體中。這樣這個程序寫入的東西，另外一個程序馬上就能看到，大大提高了程序間通訊的速度。

四、訊號量

　　用了共享記憶體通訊方式，帶來新的問題：如果多個程序同時修改同一個共享記憶體，很有可能發生衝突。例如兩個程序都同時寫一個地址，先寫的程序會的內容會被覆蓋。

　　為了防止多程序競爭共享資源而造成的資料錯亂，需要一種保護機制，使得共享的資源在任意時刻只能被一個程序訪問。訊號量就實現了這一保護機制。

　　訊號量本質是一個整型的計數器，主要用於實現程序間的互斥與同步，而不是用於快取程序間通訊的資料。

訊號量表示資源的數量，控制訊號量的方式有兩種原子操作：

• P 操作：將訊號量減去 -1，相減後如果訊號量 < 0，則表明資源已被佔用，程序需阻塞等待；相減後如果訊號量 >= 0，則表明還有資源可使用，程序可正常繼續執行。

• V 操作：將訊號量加上 1，相加後如果訊號量 <= 0，則表明當前有阻塞中的程序，於是將該程序喚醒執行；相加後如果訊號量 > 0，則表明當前沒有阻塞中的程序；

P 操作是用在進入共享資源之前，V 操作是用在離開共享資源之後，這兩個操作是必須成對出現的。

具體過程：

• 程序 A 在訪問共享記憶體前，先執行 P 操作，由於訊號量的初始值為 1，故在程序 A 執行 P 操作後訊號量變為 0，表示共享資源可用，於是程序 A 就可以訪問共享記憶體。

• 若此時，程序 B 也想訪問共享記憶體，執行了 P 操作，結果訊號量變為 -1，意味著臨界資源已被佔用，因此程序 B 被阻塞。

• 程序 A 訪問完共享記憶體，執行 V 操作，使得訊號量恢復為 0，接著就會喚醒阻塞中的執行緒 B，使得程序 B 可以訪問共享記憶體，最後完成共享記憶體的訪問後，執行 V 操作，使訊號量恢復到初始值 1。

　　訊號初始化為1，代表著是互斥訊號量，它可以保證共享記憶體在任何時刻只有一個程序在訪問，這就很好的保護了共享記憶體。

　　另外，在多程序裡，每個程序並不一定是順序執行的，它們基本是以各自獨立的、不可預知的速度向前推進，但有時候我們又希望多個程序能密切合作，以實現一個共同的任務。

　　例如，程序 A 是負責生產資料，而程序 B 是負責讀取資料，這兩個程序相互合作、相互依賴，程序 A 必須先生產了資料，程序 B 才能讀取到資料，所以執行是有前後順序的。這時候，就可以用訊號量來實現多程序同步的方式，我們可以初始化訊號量為0。

具體過程：

• 如果程序 B 比程序 A 先執行了，那麼執行到 P 操作時，由於訊號量初始值為 0，故訊號量會變為 -1，表示程序 A 還沒生產資料，於是程序 B 就阻塞等待；

• 接著，當程序 A 生產完資料後，執行了 V 操作，就會使得訊號量變為 0，於是就會喚醒阻塞在 P 操作的程序 B；

• 最後，程序 B 被喚醒後，意味著程序 A 已經生產了資料，於是程序 B 就可以正常讀取資料了。

可以發現，訊號初始化為0，就代表著是同步訊號量，它可以保證程序 A 應在程序 B 之前執行。

五、訊號

　　上面說的程序間通訊，都是常規狀態下的工作模式。對於異常情況下的工作模式，需要用訊號的方式來通知程序。

　　訊號跟訊號量雖然名字相似，但兩者用途完全不一樣，就好像 Java 和 JavaScript 的區別。

　　在 Linux 作業系統中， 為了響應各種各樣的事件，提供了幾十種訊號，分別代表不同的意義。可以通過 kill -l命令檢視所有的訊號.

執行在 shell 終端的程序，我們可以通過鍵盤輸入某些組合鍵的時候，給程序傳送訊號。例如

• Ctrl+C 產生SIGINT 訊號，表示終止該程序；

• Ctrl+Z 產生 SIGINTSIGTSTP訊號，表示停止該程序，但還未結束；

如果程序在後臺執行，可以通過 kill 命令的方式給程序傳送訊號，但前提需要知道執行中的程序 PID 號，例如：

• kill -9 1050 ，表示給 PID 為 1050 的程序傳送SIGKILL訊號，用來立即結束該程序；

所以，訊號事件的來源主要有硬體來源（如鍵盤 Cltr+C ）和軟體來源（如 kill 命令）。

訊號是程序間通訊機制中唯一的非同步通訊機制，因為可以在任何時候傳送訊號給某一程序，一旦有訊號產生，我們就有下面這幾種，使用者程序對訊號的處理方式。

1. 執行預設操作。Linux 對每種訊號都規定了預設操作，例如，上面列表中的 SIGTERM 訊號，就是終止程序的意思。Core 的意思是 Core Dump，也即終止程序後，通過 Core Dump 將當前程序的執行狀態儲存在檔案裡面，方便程式設計師事後進行分析問題在哪裡。
2. 捕捉訊號。我們可以為訊號定義一個訊號處理函式。當訊號發生時，就執行相應的訊號處理函式。
3. 忽略訊號。當我們不希望處理某些訊號的時候，就可以忽略該訊號，不做任何處理。有兩個訊號是應用程序無法捕捉和忽略的，即 SIGKILL 和 SEGSTOP，它們用於在任何時候中斷或結束某一程序。

六、socket

　　網路通訊