直接開講！

每個程序的使用者地址空間都是獨立的，一般而言是不能互相訪問的，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。

Linux 核心提供了不少程序間通訊的機制，我們來一起瞧瞧有哪些？

一、管道

如果你學過 Linux 命令，那你肯定很熟悉「|」這個豎線。

$ ps auxf | grep mysql

上面命令列裡的「|」豎線就是一個管道，它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，從這功能描述，可以看出管道傳輸資料是單向的，如果想相互通訊，我們需要建立兩個管道才行。

同時，我們得知上面這種管道是沒有名字，所以「|」表示的管道稱為匿名管道

管道還有另外一個型別是命名管道，也被叫做 FIFO，因為資料是先進先出的傳輸方式。

在使用命名管道前，先需要通過 mkfifo 命令來建立，並且指定管道名字：

$ mkfifo myPipe

myPipe 就是這個管道的名稱，基於 Linux 一切皆檔案的理念，所以管道也是以檔案的方式存在，我們可以用 ls 看一下，這個檔案的型別是 p，也就是 pipe（管道） 的意思：

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

接下來，我們往 myPipe 這個管道寫入資料：

$ echo "hello" > myPipe  // 將資料寫進管道
                         // 停住了 ...
 

你操作了後，你會發現命令執行後就停在這了，這是因為管道里的內容沒有被讀取，只有當管道里的資料被讀完後，命令才可以正常退出。

於是，我們執行另外一個命令來讀取這個管道里的資料：

$ cat < myPipe  // 讀取管道里的資料
hello

可以看到，管道里的內容被讀取出來了，並列印在了終端上，另外一方面，echo 那個命令也正常退出了。

我們可以看出，管道這種通訊方式效率低，不適合程序間頻繁地交換資料。當然，它的好處，自然就是簡單，同時也我們很容易得知管道里的資料已經被另一個程序讀取了。

1.那管道如何建立呢，背後原理是什麼？

匿名管道的建立，需要通過下面這個系統呼叫：

int pipe(int fd[2])
 

這裡表示建立一個匿名管道，並返回了兩個描述符，一個是管道的讀取端描述符 fd[0]，另一個是管道的寫入端描述符 fd[1]。注意，這個匿名管道是特殊的檔案，只存在於記憶體，不存於檔案系統中。

其實，所謂的管道，就是核心裡面的一串快取。從管道的一段寫入的資料，實際上是快取在核心中的，另一端讀取，也就是從核心中讀取這段資料。另外，管道傳輸的資料是無格式的流且大小受限。

看到這，你可能會有疑問了，這兩個描述符都是在一個程序裡面，並沒有起到程序間通訊的作用，怎麼樣才能使得管道是跨過兩個程序的呢？

我們可以使用 fork 建立子程序，建立的子程序會複製父程序的檔案描述符，這樣就做到了兩個程序各有兩個「 fd[0] 與 fd[1]」，兩個程序就可以通過各自的 fd 寫入和讀取同一個管道檔案實現跨程序通訊了。

管道只能一端寫入，另一端讀出，所以上面這種模式容易造成混亂，因為父程序和子程序都可以同時寫入，也都可以讀出。那麼，為了避免這種情況，通常的做法是：

• 父程序關閉讀取的 fd[0]，只保留寫入的 fd[1]；
• 子程序關閉寫入的 fd[1]，只保留讀取的 fd[0]；

所以說如果需要雙向通訊，則應該建立兩個管道。

到這裡，我們僅僅解析了使用管道進行父程序與子程序之間的通訊，但是在我們 shell 裡面並不是這樣的。

在 shell 裡面執行 A | B命令的時候，A 程序和 B 程序都是 shell 創建出來的子程序，A 和 B 之間不存在父子關係，它倆的父程序都是 shell。

所以說，在 shell 裡通過「|」匿名管道將多個命令連線在一起，實際上也就是建立了多個子程序，那麼在我們編寫 shell 指令碼時，能使用一個管道搞定的事情，就不要多用一個管道，這樣可以減少建立子程序的系統開銷。

我們可以得知，對於匿名管道，它的通訊範圍是存在父子關係的程序。因為管道沒有實體，也就是沒有管道檔案，只能通過 fork 來複制父程序 fd 檔案描述符，來達到通訊的目的。

另外，對於命名管道，它可以在不相關的程序間也能相互通訊。因為命令管道，提前建立了一個型別為管道的裝置檔案，在程序裡只要使用這個裝置檔案，就可以相互通訊。

不管是匿名管道還是命名管道，程序寫入的資料都是快取在核心中，另一個程序讀取資料時候自然也是從核心中獲取，同時通訊資料都遵循先進先出原則，不支援 lseek 之類的檔案定位操作。

二、訊息佇列

前面說到管道的通訊方式是效率低的，因此管道不適合程序間頻繁地交換資料。

對於這個問題，訊息佇列的通訊模式就可以解決。比如，A 程序要給 B 程序傳送訊息，A 程序把資料放在對應的訊息佇列後就可以正常返回了，B 程序需要的時候再去讀取資料就可以了。同理，B 程序要給 A 程序傳送訊息也是如此。

再來，訊息佇列是儲存在核心中的訊息連結串列，在傳送資料時，會分成一個一個獨立的資料單元，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要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，可以頻繁溝通了。

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。

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。

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。那共享記憶體的方式，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了，都不需要拷貝來拷貝去，傳來傳去，大大提高了程序間通訊的速度。

四、訊號量