前言：

程序通訊：
每個程序各自有不同的使用者地址空間,任何一個程序的全域性變數在另一個程序中都看不到，所以程序之間要交換資料必須通過核心,在核心中開闢一塊緩衝區,程序A把資料從使用者空間拷到核心緩衝區,程序B再從核心緩衝區把資料讀走,核心提供的這種機制稱為程序間通訊。

程序間通訊（IPC）介紹

程序間通訊（IPC，InterProcess Communication）是指在不同程序之間傳播或交換資訊。

IPC的方式通常有管道（包括無名管道和命名管道）、訊息佇列、訊號量、共享儲存、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支援不同主機上的兩個程序IPC。

一. 管道通訊

管道，通常指無名管道，是 UNIX 系統IPC最古老的形式。

1、特點：

• 它是半雙工的（即資料只能在一個方向上流動），具有固定的讀端和寫端。

• 它只能用於具有親緣關係的程序之間的通訊（也是父子程序或者兄弟程序之間）。

• 它可以看成是一種特殊的檔案，對於它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函式。但是它不是普通的檔案，並不屬於其他任何檔案系統，並且只存在於記憶體中。

 #include <unistd.h>
 int pipe(int fd[2]);    // 返回值：若成功返回0，失敗返回-1

2、 型別

1. 匿名管道通訊

匿名管道( pipe )：管道是一種半雙工的通訊方式，資料只能單向流動，而且只能在具有親緣關係的程序間使用。程序的親緣關係通常是指父子程序關係。

通過匿名管道實現程序間通訊的步驟如下：

• 父程序建立管道，得到兩個⽂件描述符指向管道的兩端
• 父程序fork出子程序，⼦程序也有兩個⽂件描述符指向同⼀管道。
• 父程序關閉fd[0],子程序關閉fd[1]，即⽗程序關閉管道讀端,⼦程序關閉管道寫端（因為管道只支援單向通訊）。⽗程序可以往管道⾥寫,⼦程序可以從管道⾥讀,管道是⽤環形佇列實現的,資料從寫端流⼊從讀端流出,這樣就實現了程序間通訊。

2. 高階管道通訊

高階管道(popen)：將另一個程式當做一個新的程序在當前程式程序中啟動，則它算是當前程式的子程序，這種方式我們成為高階管道方式。

3. 有名管道通訊

有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半雙工的通訊方式，但是它允許無親緣關係程序間的通訊

二. 資訊佇列

訊息佇列，是訊息的連結表，存放在核心中。一個訊息佇列由一個識別符號（即佇列ID）來標識。
訊息佇列是比較高階的一種程序間通訊方式，因為它真的是可以在程序間傳送message，傳送普通字串也可以。

一個訊息佇列可以被多個程序所共享（IPC((Inter-Process Communication,程序間通訊))就是在這個基礎上進行的）;如果一個程序訊息太多，一個訊息佇列放不下，也可以用多於一個的訊息佇列（不管管理可能會比較複雜）。共享訊息佇列的程序所傳送的訊息除了message本身外還有一個標誌，這個標誌可以指明該訊息將由哪個程序或者哪類程序接受。每一個共享訊息佇列的程序針對這個佇列也有自己的標誌，可以用來申明自己的身份。

1、特點

• 訊息佇列是面向記錄的，其中的訊息具有特定的格式以及特定的優先順序。

• 訊息佇列獨立於傳送與接收程序。程序終止時，訊息佇列及其內容並不會被刪除。

• 訊息佇列可以實現訊息的隨機查詢,訊息不一定要以先進先出的次序讀取,也可以按訊息的型別讀取。

三. 資訊量

訊號和訊號量是不同的，它們雖然都可以用來同步和互斥，但是訊號是使用訊號處理器來進行的，訊號量是使用P,V操作來實現的。

訊號量（semaphore），它是一個計數器。它常作為一種鎖機制，防止某程序正在訪問共享資源時，其他程序也訪問該資源。因此，主要作為程序間以及同一程序內不同執行緒之間的同步手段。

1、特點

• 訊號量用於程序間同步，若要在程序間傳遞資料需要結合共享記憶體。

• 訊號量基於作業系統的 PV 操作，程式對訊號量的操作都是原子操作。

• 每次對訊號量的 PV 操作不僅限於對訊號量值加 1 或減 1，而且可以加減任意正整數。

• 支援訊號量組。

四. 共享記憶體通訊

共享記憶體（Shared Memory），指兩個或多個程序共享一個給定的儲存區。共享記憶體就是對映一段能被其他程序所訪問的記憶體，這段共享記憶體由一個程序建立，但多個程序都可以訪問。共享記憶體是最快的 IPC 方式，它是針對其他程序間通訊方式執行效率低而專門設計的。它往往與其他通訊機制，如訊號量，配合使用，來實現程序間的同步和通訊。

1、特點

• 共享記憶體是最快的一種 IPC，因為程序是直接對記憶體進行存取。

• 因為多個程序可以同時操作，所以需要進行同步。

• 訊號量+共享記憶體通常結合在一起使用，訊號量用來同步對共享記憶體的訪問。

五. 套接字( socket )

套解口也是一種程序間通訊機制，與其他通訊機制不同的是，它可用於不同機器間的程序通訊

通訊過程如下：

5.1命名socket

SOCK_STREAM 式本地套接字的通訊雙方均需要具有本地地址，其中伺服器端的本地地址需要明確指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 型別的變數。

5.2 繫結

SOCK_STREAM 式本地套接字的通訊雙方均需要具有本地地址，其中伺服器端的本地地址需要明確指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 型別的變數，將相應欄位賦值，再將其繫結在建立的伺服器套接字上，繫結要使用 bind 系統呼叫，其原形如下：

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

其中 socket表示伺服器端的套接字描述符，address 表示需要繫結的本地地址，是一個 struct sockaddr_un 型別的變數，address_len 表示該本地地址的位元組長度。

5.3 監聽

伺服器端套接字建立完畢並賦予本地地址值（名稱，本例中為Server Socket）後，需要進行監聽，等待客戶端連線並處理請求，監聽使用 listen 系統呼叫，接受客戶端連線使用accept系統呼叫，它們的原形如下：

int listen(int socket, int backlog);

int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);

其中 socket 表示伺服器端的套接字描述符；backlog 表示排隊連線佇列的長度（若有多個客戶端同時連線，則需要進行排隊）；address 表示當前連線客戶端的本地地址，該引數為輸出引數，是客戶端傳遞過來的關於自身的資訊；address_len 表示當前連線客戶端本地地址的位元組長度，這個引數既是輸入引數，又是輸出引數。

5.4 連線伺服器

客戶端套接字建立完畢並賦予本地地址值後，需要連線到伺服器端進行通訊，讓伺服器端為其提供處理服務。

對於SOCK_STREAM型別的流式套接字，需要客戶端與伺服器之間進行連線方可使用。連線要使用 connect 系統呼叫，其原形為

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

其中socket為客戶端的套接字描述符，address表示當前客戶端的本地地址，是一個 struct sockaddr_un 型別的變數，address_len 表示本地地址的位元組長度。實現連線的程式碼如下：

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

5.5 相互發送接收資料

無論客戶端還是伺服器，都要和對方進行資料上的互動，這種互動也正是我們程序通訊的主題。一個程序扮演客戶端的角色，另外一個程序扮演伺服器的角色，兩個程序之間相互發送接收資料，這就是基於本地套接字的程序通訊。傳送和接收資料要使用 write 和 read 系統呼叫，它們的原形為：

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

其中 socket 為套接字描述符；len 為需要傳送或需要接收的資料長度；

對於 read 系統呼叫，buffer 是用來存放接收資料的緩衝區，即接收來的資料存入其中，是一個輸出引數；

對於 write 系統呼叫，buffer 用來存放需要傳送出去的資料，即 buffer 內的資料被髮送出去，是一個輸入引數；返回值為已經發送或接收的資料長度。

5.6 斷開連線

互動完成後，需要將連線斷開以節省資源，使用close系統呼叫，其原形為：

int close(int socket);

五種通訊方式總結：

• 1.管道：速度慢，容量有限，只有父子程序能通訊

• 2.訊息佇列：容量受到系統限制，且要注意第一次讀的時候，要考慮上一次沒有讀完資料的問題

• 3.訊號量：不能傳遞複雜訊息，只能用來同步

• 4.共享記憶體區：能夠很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一個程序在寫的時候，另一個程序要注意讀寫的問題，相當於執行緒中的執行緒安全，當然，共享記憶體區同樣可以用作執行緒間通訊，不過沒這個必要，執行緒間本來就已經共享了同一程序內的一塊記憶體

• 5.套接字： 可用於不同機器間的程序通訊。