进程间的通信方式

注：本文来自：http://www.cnblogs.com/CheeseZH/p/5264465.html

• 进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同进程之间传播或交换信息。
• IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。
• 以Linux中的C语言编程为例。

一、管道

• 管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

1、特点

• 1. 它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
• 2. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
• 3. 它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

2、原型：

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

• 当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图：
  
• 要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。

3、例子

• 单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示：
  
• 若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    int fd[2];  // 两个文件描述符
    pid_t pid;
    char buff[20];

    if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道
        printf("Create Pipe Error!
");

    if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程
        printf("Fork Error!
");
    else if(pid > 0)  // 父进程
    {
        close(fd[0]); // 关闭读端
        write(fd[1], "hello world
", 12);
    }
    else
    {
        close(fd[1]); // 关闭写端
        read(fd[0], buff, 20);
        printf("%s", buff);
    }

    return 0;
}

二、FIFO

• FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。

1、特点

• 1. FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
• 2. FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

2、原型

1 #include <sys/stat.h>
2 // 返回值：成功返回0，出错返回-1
3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

三、消息队列

• 消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。

1、特点

• 1. 消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
• 2. 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
• 3. 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

四、信号量

• 信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。

1、特点

• 1. 信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
• 2. 信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
• 3. 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
• 4. 支持信号量组。

五、共享内存

• 共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

1、特点

• 共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
• 因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
• 信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。