阿竺 ·1. 前言
上一小結(jié)談到了操作系統(tǒng)中進(jìn)程和線程的區(qū)別，其中進(jìn)程之間、線程之間的通信方式不同，進(jìn)程通信（Inter-Process Communication，簡(jiǎn)稱 IPC）是指不同進(jìn)程之間交換信息。操作系統(tǒng)中時(shí)刻都在進(jìn)行 IPC，例如微信讀取本地的文件，就是微信程序和文件系統(tǒng)進(jìn)程交互的過程。
2. 進(jìn)程間通信
面試官提問： 操作系統(tǒng)進(jìn)程之間的通信方式有哪些？有什么特點(diǎn)？
題目解析：
操作系統(tǒng)中最常用的 IPC 方式有 5 種，分別是管道、命名管道、信號(hào)、共享內(nèi)存以及套接字。
2.1 管道
管道（pipe），默認(rèn)指無名管道。管道在兩個(gè)進(jìn)程之間建立一個(gè)通道，一個(gè)進(jìn)程向這個(gè)通道寫入字節(jié)流，另一個(gè)進(jìn)程從這個(gè)通道讀取字節(jié)流。用 C 語言描述管道示例：
#include <unistd.h> // 引入linux頭文件
int pipe(int fd[2]); // 返回：如果成功返回0，失敗則返回-1
上述定義的 fd 對(duì)象，其中 fd[0] 表示讀文件描述符，f[1] 表示寫文件描述符。
假設(shè)存在兩個(gè)進(jìn)程，分別為進(jìn)程 A 和進(jìn)程 B，那么進(jìn)程 A 往 f[1] 寫入，進(jìn)程 B 則從自身的 f[0] 讀取內(nèi)容。
需要注意管道是半雙工通信，也就是數(shù)據(jù)的流向是固定的，必須有一端是寫入端，另一端是讀取端。
2.2 信號(hào)
信號(hào)（Signal）是 Unix 系統(tǒng)中就已有的 IPC 方式，繼承于 Unix 的 Linux 系統(tǒng)和 MacOS 系統(tǒng)也具有相同的通信方式。
信號(hào)的工作原理是向某個(gè)進(jìn)程發(fā)送特定的消息，目標(biāo)進(jìn)程在收到消息之后，就知道特定事件已經(jīng)發(fā)生，此時(shí)進(jìn)程可以忽略消息即不做處理，或者是處理消息調(diào)用固定的函數(shù)。
以 MacOS 為例，在 shell 終端輸入 kill -l 可以列出支出的全部信號(hào)名稱：HUP INT QUIT ILL TRAP ABRT EMT FPE KILL BUS SEGV SYS PIPE ALRM TERM URG STOP。
2.3 共享內(nèi)存
共享內(nèi)容（Shared Memory）是指兩個(gè)進(jìn)程之間可以讀和寫相同的操作系統(tǒng)內(nèi)存空間，每個(gè)進(jìn)程的操作對(duì)另外的進(jìn)程都是可見的，這種通信方式非常類似線程之間的通信。
C 語言實(shí)現(xiàn)的共享內(nèi)存步驟：
（1）shmget() ：創(chuàng)建一段共享內(nèi)存，或者引用已有的共享內(nèi)存的空間；
（2）shmat() ：連接已有的共享內(nèi)存的地址；
（3）shmctl()：建立連接之后，對(duì)共享內(nèi)存進(jìn)行讀寫操作；
（4）shmdt()：所有操作都執(zhí)行完成之后，斷開連接。
2.4 命名管道
命名管道（Named Pipe）實(shí)際上就是先進(jìn)先出隊(duì)列（First In First Out，簡(jiǎn)稱 FIFO），候選人需要區(qū)分命名管道和管道，兩者最大的區(qū)別在于管道只能在具有親緣關(guān)系的兩個(gè)進(jìn)程之間通信，例如父子進(jìn)程之間或者兄弟進(jìn)程之間，命名管道則可以在任何兩個(gè)進(jìn)程之間通信，更加零活。
如圖所示，用戶進(jìn)程 A 是寫入進(jìn)程，寫入的消息是 1 2 3 4 5，因?yàn)樽裱冗M(jìn)先出的原則，用戶進(jìn)程 B 讀出的消息順序也是 1 2 3 4 5。
2.5 套接字
上述介紹的 IPC 方式都是同一個(gè)主機(jī)內(nèi)進(jìn)程的交互方式，都是本地通信，套接字（Socket）一般用來處理不同主機(jī)進(jìn)程之間的通信，也就是遠(yuǎn)程通信，是網(wǎng)絡(luò)通信最常用的方式。Socket 通信需要 TCP 或者 UDP 協(xié)議的支持。使用 C 語言創(chuàng)建 Socket 的示例：
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //引入頭文件
int socket(int domain, int type, int protocol); //創(chuàng)建一個(gè)socket
3. 小結(jié)
本章節(jié)介紹了 5 種最常見的進(jìn)程間通信方式，候選人需要掌握沒種通信方式的原理，最好能夠畫出原型圖，而操作系統(tǒng)級(jí)別的通信一般不需要我們手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，有興趣的同學(xué)可以了解下具體的實(shí)現(xiàn)，例如使用 Socket API 實(shí)現(xiàn)通信的編碼方式，但是大部分實(shí)現(xiàn)接口并不會(huì)在面試中被考察，關(guān)注的重點(diǎn)在于定義。
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