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前言

開場小故事

炎炎夏日，張三騎著單車去面試花了 1 小時，一路上汗流浹背。

結(jié)果面試過程只花了 5 分鐘就結(jié)束了，面完的時候，天還是依然是亮的，還得在烈日下奔波 1 小時回去。

面試五分鐘，騎車兩小時。

你看，張三因面試沒準(zhǔn)備好，吹空調(diào)的時間只有 5 分鐘，來回路上花了 2 小時曬太陽，你說慘不慘？

所以啊，炎炎夏日，為了能延長吹空調(diào)的時間，我們應(yīng)該在面試前準(zhǔn)備得更充分些，吹空調(diào)時間是要自己爭取的。

很明顯，在這一場面試中，張三在進程間通信這一塊沒復(fù)習(xí)好，雖然列出了進程間通信的方式，但這只是表面功夫，應(yīng)該需要進一步了解每種通信方式的優(yōu)缺點及應(yīng)用場景。

說真的，我們這次一起幫張三一起復(fù)習(xí)下，加深他對進程間通信的理解，好讓他下次吹空調(diào)的時間能長一點。

正文

每個進程的用戶地址空間都是獨立的，一般而言是不能互相訪問的，但內(nèi)核空間是每個進程都共享的，所以進程之間要通信必須通過內(nèi)核。

Linux 內(nèi)核提供了不少進程間通信的機制，我們來一起瞧瞧有哪些？

管道

如果你學(xué)過 Linux 命令，那你肯定很熟悉「|」這個豎線。

$?ps?auxf?|?grep?mysql

上面命令行里的「|」豎線就是一個管道，它的功能是將前一個命令（ps auxf）的輸出，作為后一個命令（grep mysql）的輸入，從這功能描述，可以看出管道傳輸數(shù)據(jù)是單向的，如果想相互通信，我們需要創(chuàng)建兩個管道才行。

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，用完了就銷毀。

管道還有另外一個類型是命名管道，也被叫做 FIFO，因為數(shù)據(jù)是先進先出的傳輸方式。

在使用命名管道前，先需要通過 mkfifo 命令來創(chuàng)建，并且指定管道名字：

$?mkfifo?myPipe

myPipe 就是這個管道的名稱，基于 Linux 一切皆文件的理念，所以管道也是以文件的方式存在，我們可以用 ls 看一下，這個文件的類型是 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 這個管道寫入數(shù)據(jù)：

$?echo?"hello"?>?myPipe??//?將數(shù)據(jù)寫進管道
?????????????????????????//?停住了?...

你操作了后，你會發(fā)現(xiàn)命令執(zhí)行后就停在這了，這是因為管道里的內(nèi)容沒有被讀取，只有當(dāng)管道里的數(shù)據(jù)被讀完后，命令才可以正常退出。

于是，我們執(zhí)行另外一個命令來讀取這個管道里的數(shù)據(jù)：

$?cat?hello

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

我們可以看出，管道這種通信方式效率低，不適合進程間頻繁地交換數(shù)據(jù)。當(dāng)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數(shù)據(jù)已經(jīng)被另一個進程讀取了。

那管道如何創(chuàng)建呢，背后原理是什么？

匿名管道的創(chuàng)建，需要通過下面這個系統(tǒng)調(diào)用：

int?pipe(int?fd[2])

這里表示創(chuàng)建一個匿名管道，并返回了兩個描述符，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文件，只存在于內(nèi)存，不存于文件系統(tǒng)中。

其實，所謂的管道，就是內(nèi)核里面的一串緩存。從管道的一段寫入的數(shù)據(jù)，實際上是緩存在內(nèi)核中的，另一端讀取，也就是從內(nèi)核中讀取這段數(shù)據(jù)。另外，管道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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進程里面，并沒有起到進程間通信的作用，怎么樣才能使得管道是跨過兩個進程的呢？

我們可以使用 fork 創(chuàng)建子進程，創(chuàng)建的子進程會復(fù)制父進程的文件描述符，這樣就做到了兩個進程各有兩個「 fd[0] 與 fd[1]」，兩個進程就可以通過各自的 fd 寫入和讀取同一個管道文件實現(xiàn)跨進程通信了。

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，因為父進程和子進程都可以同時寫入，也都可以讀出。那么，為了避免這種情況，通常的做法是：

父進程關(guān)閉讀取的 fd[0]，只保留寫入的 fd[1]；
子進程關(guān)閉寫入的 fd[1]，只保留讀取的 fd[0]；

所以說如果需要雙向通信，則應(yīng)該創(chuàng)建兩個管道。

到這里，我們僅僅解析了使用管道進行父進程與子進程之間的通信，但是在我們 shell 里面并不是這樣的。

在 shell 里面執(zhí)行 A | B命令的時候，A 進程和 B 進程都是 shell 創(chuàng)建出來的子進程，A 和 B 之間不存在父子關(guān)系，它倆的父進程都是 shell。

所以說，在 shell 里通過「|」匿名管道將多個命令連接在一起，實際上也就是創(chuàng)建了多個子進程，那么在我們編寫 shell 腳本時，能使用一個管道搞定的事情，就不要多用一個管道，這樣可以減少創(chuàng)建子進程的系統(tǒng)開銷。

我們可以得知，對于匿名管道，它的通信范圍是存在父子關(guān)系的進程。因為管道沒有實體，也就是沒有管道文件，只能通過 fork 來復(fù)制父進程 fd 文件描述符，來達到通信的目的。

另外，對于命名管道，它可以在不相關(guān)的進程間也能相互通信。因為命令管道，提前創(chuàng)建了一個類型為管道的設(shè)備文件，在進程里只要使用這個設(shè)備文件，就可以相互通信。

不管是匿名管道還是命名管道，進程寫入的數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)核中，另一個進程讀取數(shù)據(jù)時候自然也是從內(nèi)核中獲取，同時通信數(shù)據(jù)都遵循先進先出原則，不支持 lseek 之類的文件定位操作。

消息隊列

前面說到管道的通信方式是效率低的，因此管道不適合進程間頻繁地交換數(shù)據(jù)。

對于這個問題，消息隊列的通信模式就可以解決。比如，A 進程要給 B 進程發(fā)送消息，A 進程把數(shù)據(jù)放在對應(yīng)的消息隊列后就可以正常返回了，B 進程需要的時候再去讀取數(shù)據(jù)就可以了。同理，B 進程要給 A 進程發(fā)送消息也是如此。

再來，消息隊列是保存在內(nèi)核中的消息鏈表，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，會分成一個一個獨立的數(shù)據(jù)單元，也就是消息體（數(shù)據(jù)塊），消息體是用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，消息的發(fā)送方和接收方要約定好消息體的數(shù)據(jù)類型，所以每個消息體都是固定大小的存儲塊，不像管道是無格式的字節(jié)流數(shù)據(jù)。如果進程從消息隊列中讀取了消息體，內(nèi)核就會把這個消息體刪除。

消息隊列生命周期隨內(nèi)核，如果沒有釋放消息隊列或者沒有關(guān)閉操作系統(tǒng)，消息隊列會一直存在，而前面提到的匿名管道的生命周期，是隨進程的創(chuàng)建而建立，隨進程的結(jié)束而銷毀。

消息這種模型，兩個進程之間的通信就像平時發(fā)郵件一樣，你來一封，我回一封，可以頻繁溝通了。

但郵件的通信方式存在不足的地方有兩點，一是通信不及時，二是附件也有大小限制，這同樣也是消息隊列通信不足的點。

消息隊列不適合比較大數(shù)據(jù)的傳輸，因為在內(nèi)核中每個消息體都有一個最大長度的限制，同時所有隊列所包含的全部消息體的總長度也是有上限。在 Linux 內(nèi)核中，會有兩個宏定義 MSGMAX 和 MSGMNB，它們以字節(jié)為單位，分別定義了一條消息的最大長度和一個隊列的最大長度。

消息隊列通信過程中，存在用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的數(shù)據(jù)拷貝開銷，因為進程寫入數(shù)據(jù)到內(nèi)核中的消息隊列時，會發(fā)生從用戶態(tài)拷貝數(shù)據(jù)到內(nèi)核態(tài)的過程，同理另一進程讀取內(nèi)核中的消息數(shù)據(jù)時，會發(fā)生從內(nèi)核態(tài)拷貝數(shù)據(jù)到用戶態(tài)的過程。

共享內(nèi)存

消息隊列的讀取和寫入的過程，都會有發(fā)生用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的消息拷貝過程。那共享內(nèi)存的方式，就很好的解決了這一問題。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)，對于內(nèi)存管理，采用的是虛擬內(nèi)存技術(shù)，也就是每個進程都有自己獨立的虛擬內(nèi)存空間，不同進程的虛擬內(nèi)存映射到不同的物理內(nèi)存中。所以，即使進程 A 和進程 B 的虛擬地址是一樣的，其實訪問的是不同的物理內(nèi)存地址，對于數(shù)據(jù)的增刪查改互不影響。

共享內(nèi)存的機制，就是拿出一塊虛擬地址空間來，映射到相同的物理內(nèi)存中。這樣這個進程寫入的東西，另外一個進程馬上就能看到了，都不需要拷貝來拷貝去，傳來傳去，大大提高了進程間通信的速度。

信號量

用了共享內(nèi)存通信方式，帶來新的問題，那就是如果多個進程同時修改同一個共享內(nèi)存，很有可能就沖突了。例如兩個進程都同時寫一個地址，那先寫的那個進程會發(fā)現(xiàn)內(nèi)容被別人覆蓋了。

為了防止多進程競爭共享資源，而造成的數(shù)據(jù)錯亂，所以需要保護機制，使得共享的資源，在任意時刻只能被一個進程訪問。正好，信號量就實現(xiàn)了這一保護機制。

信號量其實是一個整型的計數(shù)器，主要用于實現(xiàn)進程間的互斥與同步，而不是用于緩存進程間通信的數(shù)據(jù)。

信號量表示資源的數(shù)量，控制信號量的方式有兩種原子操作：

一個是 P 操作，這個操作會把信號量減去 -1，相減后如果信號量 < 0，則表明資源已被占用，進程需阻塞等待；相減后如果信號量 >= 0，則表明還有資源可使用，進程可正常繼續(xù)執(zhí)行。
另一個是 V 操作，這個操作會把信號量加上 1，相加后如果信號量 <= 0，則表明當(dāng)前有阻塞中的進程，于是會將該進程喚醒運行；相加后如果信號量 > 0，則表明當(dāng)前沒有阻塞中的進程；

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后，這兩個操作是必須成對出現(xiàn)的。

接下來，舉個例子，如果要使得兩個進程互斥訪問共享內(nèi)存，我們可以初始化信號量為 1。

具體的過程如下：

進程 A 在訪問共享內(nèi)存前，先執(zhí)行了 P 操作，由于信號量的初始值為 1，故在進程 A 執(zhí)行 P 操作后信號量變?yōu)?0，表示共享資源可用，于是進程 A 就可以訪問共享內(nèi)存。
若此時，進程 B 也想訪問共享內(nèi)存，執(zhí)行了 P 操作，結(jié)果信號量變?yōu)榱?-1，這就意味著臨界資源已被占用，因此進程 B 被阻塞。
直到進程 A 訪問完共享內(nèi)存，才會執(zhí)行 V 操作，使得信號量恢復(fù)為 0，接著就會喚醒阻塞中的線程 B，使得進程 B 可以訪問共享內(nèi)存，最后完成共享內(nèi)存的訪問后，執(zhí)行 V 操作，使信號量恢復(fù)到初始值 1。

可以發(fā)現(xiàn)，信號初始化為 1，就代表著是互斥信號量，它可以保證共享內(nèi)存在任何時刻只有一個進程在訪問，這就很好的保護了共享內(nèi)存。

另外，在多進程里，每個進程并不一定是順序執(zhí)行的，它們基本是以各自獨立的、不可預(yù)知的速度向前推進，但有時候我們又希望多個進程能密切合作，以實現(xiàn)一個共同的任務(wù)。

例如，進程 A 是負責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而進程 B 是負責(zé)讀取數(shù)據(jù)，這兩個進程是相互合作、相互依賴的，進程 A 必須先生產(chǎn)了數(shù)據(jù)，進程 B 才能讀取到數(shù)據(jù)，所以執(zhí)行是有前后順序的。

那么這時候，就可以用信號量來實現(xiàn)多進程同步的方式，我們可以初始化信號量為 0。

具體過程：

如果進程 B 比進程 A 先執(zhí)行了，那么執(zhí)行到 P 操作時，由于信號量初始值為 0，故信號量會變?yōu)?-1，表示進程 A 還沒生產(chǎn)數(shù)據(jù)，于是進程 B 就阻塞等待；
接著，當(dāng)進程 A 生產(chǎn)完數(shù)據(jù)后，執(zhí)行了 V 操作，就會使得信號量變?yōu)?0，于是就會喚醒阻塞在 P 操作的進程 B；
最后，進程 B 被喚醒后，意味著進程 A 已經(jīng)生產(chǎn)了數(shù)據(jù)，于是進程 B 就可以正常讀取數(shù)據(jù)了。

可以發(fā)現(xiàn)，信號初始化為 0，就代表著是同步信號量，它可以保證進程 A 應(yīng)在進程 B 之前執(zhí)行。

信號

上面說的進程間通信，都是常規(guī)狀態(tài)下的工作模式。對于異常情況下的工作模式，就需要用「信號」的方式來通知進程。

信號跟信號量雖然名字相似度 66.66%，但兩者用途完全不一樣，就好像 Java 和 JavaScript 的區(qū)別。

在 Linux 操作系統(tǒng)中，為了響應(yīng)各種各樣的事件，提供了幾十種信號，分別代表不同的意義。我們可以通過 kill -l 命令，查看所有的信號：

$?kill?-l
?1)?SIGHUP???????2)?SIGINT???????3)?SIGQUIT??????4)?SIGILL???????5)?SIGTRAP
?6)?SIGABRT??????7)?SIGBUS???????8)?SIGFPE???????9)?SIGKILL?????10)?SIGUSR1
11)?SIGSEGV?????12)?SIGUSR2?????13)?SIGPIPE?????14)?SIGALRM?????15)?SIGTERM
16)?SIGSTKFLT???17)?SIGCHLD?????18)?SIGCONT?????19)?SIGSTOP?????20)?SIGTSTP
21)?SIGTTIN?????22)?SIGTTOU?????23)?SIGURG??????24)?SIGXCPU?????25)?SIGXFSZ
26)?SIGVTALRM???27)?SIGPROF?????28)?SIGWINCH????29)?SIGIO???????30)?SIGPWR
31)?SIGSYS??????34)?SIGRTMIN????35)?SIGRTMIN+1??36)?SIGRTMIN+2??37)?SIGRTMIN+3
38)?SIGRTMIN+4??39)?SIGRTMIN+5??40)?SIGRTMIN+6??41)?SIGRTMIN+7??42)?SIGRTMIN+8
43)?SIGRTMIN+9??44)?SIGRTMIN+10?45)?SIGRTMIN+11?46)?SIGRTMIN+12?47)?SIGRTMIN+13
48)?SIGRTMIN+14?49)?SIGRTMIN+15?50)?SIGRTMAX-14?51)?SIGRTMAX-13?52)?SIGRTMAX-12
53)?SIGRTMAX-11?54)?SIGRTMAX-10?55)?SIGRTMAX-9??56)?SIGRTMAX-8??57)?SIGRTMAX-7
58)?SIGRTMAX-6??59)?SIGRTMAX-5??60)?SIGRTMAX-4??61)?SIGRTMAX-3??62)?SIGRTMAX-2
63)?SIGRTMAX-1??64)?SIGRTMAX

運行在 shell 終端的進程，我們可以通過鍵盤輸入某些組合鍵的時候，給進程發(fā)送信號。例如

Ctrl+C 產(chǎn)生 SIGINT 信號，表示終止該進程；
Ctrl+Z 產(chǎn)生 SIGTSTP 信號，表示停止該進程，但還未結(jié)束；

如果進程在后臺運行，可以通過 kill 命令的方式給進程發(fā)送信號，但前提需要知道運行中的進程 PID 號，例如：

kill -9 1050 ，表示給 PID 為 1050 的進程發(fā)送 SIGKILL 信號，用來立即結(jié)束該進程；

所以，信號事件的來源主要有硬件來源（如鍵盤 Cltr+C ）和軟件來源（如 kill 命令）。

信號是進程間通信機制中唯一的異步通信機制，因為可以在任何時候發(fā)送信號給某一進程，一旦有信號產(chǎn)生，我們就有下面這幾種，用戶進程對信號的處理方式。

1.執(zhí)行默認(rèn)操作。Linux 對每種信號都規(guī)定了默認(rèn)操作，例如，上面列表中的 SIGTERM 信號，就是終止進程的意思。Core 的意思是 Core Dump，也即終止進程后，通過 Core Dump 將當(dāng)前進程的運行狀態(tài)保存在文件里面，方便程序員事后進行分析問題在哪里。

2.捕捉信號。我們可以為信號定義一個信號處理函數(shù)。當(dāng)信號發(fā)生時，我們就執(zhí)行相應(yīng)的信號處理函數(shù)。

3.忽略信號。當(dāng)我們不希望處理某些信號的時候，就可以忽略該信號，不做任何處理。有兩個信號是應(yīng)用進程無法捕捉和忽略的，即 SIGKILL 和 SEGSTOP，它們用于在任何時候中斷或結(jié)束某一進程。

Socket

前面提到的管道、消息隊列、共享內(nèi)存、信號量和信號都是在同一臺主機上進行進程間通信，那要想跨網(wǎng)絡(luò)與不同主機上的進程之間通信，就需要 Socket 通信了。

實際上，Socket 通信不僅可以跨網(wǎng)絡(luò)與不同主機的進程間通信，還可以在同主機上進程間通信。

我們來看看創(chuàng)建 socket 的系統(tǒng)調(diào)用：

int?socket(int?domain,?int?type,?int?protocal)

三個參數(shù)分別代表：

domain 參數(shù)用來指定協(xié)議族，比如 AF_INET 用于 IPV4、AF_INET6 用于 IPV6、AF_LOCAL/AF_UNIX 用于本機；
type 參數(shù)用來指定通信特性，比如 SOCK_STREAM 表示的是字節(jié)流，對應(yīng) TCP、SOCK_DGRAM ?表示的是數(shù)據(jù)報，對應(yīng) UDP、SOCK_RAW 表示的是原始套接字；
protocal 參數(shù)原本是用來指定通信協(xié)議的，但現(xiàn)在基本廢棄。因為協(xié)議已經(jīng)通過前面兩個參數(shù)指定完成，protocol 目前一般寫成 0 即可；

根據(jù)創(chuàng)建 socket 類型的不同，通信的方式也就不同：

實現(xiàn) TCP 字節(jié)流通信：socket 類型是 AF_INET 和 SOCK_STREAM；
實現(xiàn) UDP 數(shù)據(jù)報通信：socket 類型是 AF_INET 和 SOCK_DGRAM；
實現(xiàn)本地進程間通信：「本地字節(jié)流 socket 」類型是 AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM，「本地數(shù)據(jù)報 socket 」類型是 AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。另外，AF_UNIX 和 AF_LOCAL 是等價的，所以 AF_UNIX 也屬于本地 socket；

接下來，簡單說一下這三種通信的編程模式。

針對 TCP 協(xié)議通信的 socket 編程模型

服務(wù)端和客戶端初始化 socket，得到文件描述符；
服務(wù)端調(diào)用 bind，將綁定在 IP 地址和端口;
服務(wù)端調(diào)用 listen，進行監(jiān)聽；
服務(wù)端調(diào)用 accept，等待客戶端連接；
客戶端調(diào)用 connect，向服務(wù)器端的地址和端口發(fā)起連接請求；
服務(wù)端 accept 返回用于傳輸?shù)?socket 的文件描述符；
客戶端調(diào)用 write 寫入數(shù)據(jù)；服務(wù)端調(diào)用 read 讀取數(shù)據(jù)；
客戶端斷開連接時，會調(diào)用 close，那么服務(wù)端 read 讀取數(shù)據(jù)的時候，就會讀取到了 EOF，待處理完數(shù)據(jù)后，服務(wù)端調(diào)用 close，表示連接關(guān)閉。

這里需要注意的是，服務(wù)端調(diào)用 accept 時，連接成功了會返回一個已完成連接的 socket，后續(xù)用來傳輸數(shù)據(jù)。

所以，監(jiān)聽的 socket 和真正用來傳送數(shù)據(jù)的 socket，是「兩個」 socket，一個叫作監(jiān)聽 socket，一個叫作已完成連接 socket。

成功連接建立之后，雙方開始通過 read 和 write 函數(shù)來讀寫數(shù)據(jù)，就像往一個文件流里面寫東西一樣。

針對 UDP 協(xié)議通信的 socket 編程模型

UDP 是沒有連接的，所以不需要三次握手，也就不需要像 TCP 調(diào)用 listen 和 connect，但是 UDP 的交互仍然需要 IP 地址和端口號，因此也需要 bind。

對于 UDP 來說，不需要要維護連接，那么也就沒有所謂的發(fā)送方和接收方，甚至都不存在客戶端和服務(wù)端的概念，只要有一個 socket 多臺機器就可以任意通信，因此每一個 UDP 的 socket 都需要 bind。

另外，每次通信時，調(diào)用 sendto 和 recvfrom，都要傳入目標(biāo)主機的 IP 地址和端口。

針對本地進程間通信的 socket 編程模型

本地 socket ?被用于在同一臺主機上進程間通信的場景：

本地 socket 的編程接口和 IPv4 、IPv6 套接字編程接口是一致的，可以支持「字節(jié)流」和「數(shù)據(jù)報」兩種協(xié)議；
本地 socket 的實現(xiàn)效率大大高于 IPv4 和 IPv6 的字節(jié)流、數(shù)據(jù)報 socket 實現(xiàn)；

對于本地字節(jié)流 socket，其 socket 類型是 AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM。

對于本地數(shù)據(jù)報 socket，其 socket 類型是 AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。

本地字節(jié)流 socket 和本地數(shù)據(jù)報 socket 在 bind 的時候，不像 TCP 和 UDP 要綁定 IP 地址和端口，而是綁定一個本地文件，這也就是它們之間的最大區(qū)別。

總結(jié)

由于每個進程的用戶空間都是獨立的，不能相互訪問，這時就需要借助內(nèi)核空間來實現(xiàn)進程間通信，原因很簡單，每個進程都是共享一個內(nèi)核空間。

Linux 內(nèi)核提供了不少進程間通信的方式，其中最簡單的方式就是管道，管道分為「匿名管道」和「命名管道」。

匿名管道顧名思義，它沒有名字標(biāo)識，匿名管道是特殊文件只存在于內(nèi)存，沒有存在于文件系統(tǒng)中，shell 命令中的「|」豎線就是匿名管道，通信的數(shù)據(jù)是無格式的流并且大小受限，通信的方式是單向的，數(shù)據(jù)只能在一個方向上流動，如果要雙向通信，需要創(chuàng)建兩個管道，再來匿名管道是只能用于存在父子關(guān)系的進程間通信，匿名管道的生命周期隨著進程創(chuàng)建而建立，隨著進程終止而消失。

命名管道突破了匿名管道只能在親緣關(guān)系進程間的通信限制，因為使用命名管道的前提，需要在文件系統(tǒng)創(chuàng)建一個類型為 p 的設(shè)備文件，那么毫無關(guān)系的進程就可以通過這個設(shè)備文件進行通信。另外，不管是匿名管道還是命名管道，進程寫入的數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)核中，另一個進程讀取數(shù)據(jù)時候自然也是從內(nèi)核中獲取，同時通信數(shù)據(jù)都遵循先進先出原則，不支持 lseek 之類的文件定位操作。

消息隊列克服了管道通信的數(shù)據(jù)是無格式的字節(jié)流的問題，消息隊列實際上是保存在內(nèi)核的「消息鏈表」，消息隊列的消息體是可以用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，發(fā)送數(shù)據(jù)時，會被分成一個一個獨立的消息體，當(dāng)然接收數(shù)據(jù)時，也要與發(fā)送方發(fā)送的消息體的數(shù)據(jù)類型保持一致，這樣才能保證讀取的數(shù)據(jù)是正確的。消息隊列通信的速度不是最及時的，畢竟每次數(shù)據(jù)的寫入和讀取都需要經(jīng)過用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的拷貝過程。

共享內(nèi)存可以解決消息隊列通信中用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間數(shù)據(jù)拷貝過程帶來的開銷，它直接分配一個共享空間，每個進程都可以直接訪問，就像訪問進程自己的空間一樣快捷方便，不需要陷入內(nèi)核態(tài)或者系統(tǒng)調(diào)用，大大提高了通信的速度，享有最快的進程間通信方式之名。但是便捷高效的共享內(nèi)存通信，帶來新的問題，多進程競爭同個共享資源會造成數(shù)據(jù)的錯亂。

那么，就需要信號量來保護共享資源，以確保任何時刻只能有一個進程訪問共享資源，這種方式就是互斥訪問。信號量不僅可以實現(xiàn)訪問的互斥性，還可以實現(xiàn)進程間的同步，信號量其實是一個計數(shù)器，表示的是資源個數(shù)，其值可以通過兩個原子操作來控制，分別是 P 操作和 V 操作。

與信號量名字很相似的叫信號，它倆名字雖然相似，但功能一點兒都不一樣。信號是進程間通信機制中唯一的異步通信機制，信號可以在應(yīng)用進程和內(nèi)核之間直接交互，內(nèi)核也可以利用信號來通知用戶空間的進程發(fā)生了哪些系統(tǒng)事件，信號事件的來源主要有硬件來源（如鍵盤 Cltr+C ）和軟件來源（如 kill 命令），一旦有信號發(fā)生，進程有三種方式響應(yīng)信號 1. 執(zhí)行默認(rèn)操作、2. 捕捉信號、3. 忽略信號。有兩個信號是應(yīng)用進程無法捕捉和忽略的，即 SIGKILL 和 SEGSTOP，這是為了方便我們能在任何時候結(jié)束或停止某個進程。

前面說到的通信機制，都是工作于同一臺主機，如果要與不同主機的進程間通信，那么就需要 Socket 通信了。Socket 實際上不僅用于不同的主機進程間通信，還可以用于本地主機進程間通信，可根據(jù)創(chuàng)建 Socket 的類型不同，分為三種常見的通信方式，一個是基于 TCP 協(xié)議的通信方式，一個是基于 UDP 協(xié)議的通信方式，一個是本地進程間通信方式。

以上，就是進程間通信的主要機制了。你可能會問了，那線程通信間的方式呢？

同個進程下的線程之間都是共享進程的資源，只要是共享變量都可以做到線程間通信，比如全局變量，所以對于線程間關(guān)注的不是通信方式，而是關(guān)注多線程競爭共享資源的問題，信號量也同樣可以在線程間實現(xiàn)互斥與同步：