进程之间的通信方式有哪些

进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）是操作系统中不同进程之间交换数据或同步操作的机制。以下是常见的进程通信方式及其特点、适用场景和示例：

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1. 管道（Pipe）

• 特点：
  • 单向通信，半双工（数据只能单向流动）
  • 匿名管道仅用于父子进程或兄弟进程
  • 命名管道（FIFO）可用于无亲缘关系的进程
• 示例：

  # 匿名管道（Shell）
  ls | grep "txt"
  
  # 命名管道（C语言）
  mkfifo /tmp/myfifo
  echo "hello" > /tmp/myfifo & cat /tmp/myfifo
  

• 适用场景：简单的单向数据流（如Shell脚本组合命令）

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2. 消息队列（Message Queue）

• 特点：
  • 结构化消息存储在内核中
  • 支持异步通信和优先级队列
  • 消息类型标识允许选择性读取
• 示例（Linux系统调用）：

  // 发送消息
  msgsnd(queue_id, &msg, sizeof(msg), 0);
  // 接收消息
  msgrcv(queue_id, &msg, sizeof(msg), msg_type, 0);
  

• 适用场景：需要可靠传输的结构化数据（如任务调度系统）

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3. 共享内存（Shared Memory）

• 特点：
  • 最快的IPC方式（直接访问同一块内存）
  • 需要同步机制（如信号量）防止竞争条件
• 示例（POSIX共享内存）：

  int fd = shm_open("/shm_name", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
  void *ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
  

• 适用场景：高性能数据共享（如数据库、科学计算）

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4. 信号（Signal）

• 特点：
  • 用于通知进程某事件发生
  • 不能传递复杂数据，仅发送信号编号
• 示例：

  # 发送SIGTERM信号终止进程
  kill -15 PID
  

• 适用场景：进程控制（如终止、暂停、恢复进程）

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5. 信号量（Semaphore）

• 特点：
  • 用于进程同步（互斥或计数）
  • 二元信号量相当于互斥锁
• 示例（POSIX信号量）：

  sem_t sem;
  sem_init(&sem, 0, 1);  // 初始值=1
  sem_wait(&sem);        // P操作
  sem_post(&sem);        // V操作
  

• 适用场景：资源访问控制（如多进程共享文件）

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6. 套接字（Socket）

• 特点：
  • 支持跨网络或本地进程通信
  • 可选择TCP（可靠）或UDP（高效）
• 示例（本地UNIX Socket）：

  // 服务端
  bind(sock, "/tmp/mysocket");
  // 客户端
  connect(sock, "/tmp/mysocket");
  

• 适用场景：分布式系统或本地高性能通信（如Docker容器间通信）

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7. 文件锁（File Locking）

• 特点：
  • 通过文件系统协调进程访问
  • 支持建议锁（advisory）或强制锁（mandatory）
• 示例：

  flock(fd, LOCK_EX);  // 排他锁
  

• 适用场景：多进程访问共享文件（如日志文件）

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8. 内存映射文件（Memory-Mapped File）

• 特点：
  • 将文件映射到进程地址空间
  • 结合了共享内存和文件IO的优点
• 示例：

  void *addr = mmap(NULL, length, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
  

• 适用场景：大文件高效读写（如数据库文件）

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对比总结

方式	通信方向	速度	数据量	复杂度	适用场景
管道	单向	中	小	低	父子进程简单通信
消息队列	双向	中	中	中	结构化消息传输
共享内存	双向	最快	大	高	高性能数据共享
信号	单向	-	极小	低	进程控制
信号量	同步	快	-	中	资源互斥访问
套接字	双向	中	大	高	跨主机或本地通信
文件锁	同步	慢	-	低	文件访问控制
内存映射文件	双向	快	大	中	大文件读写

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如何选择？

1. 需要最高性能 → 共享内存（需自行处理同步）
2. 简单数据流 → 管道或消息队列
3. 跨网络通信 → 套接字
4. 进程同步 → 信号量或文件锁
5. 大文件处理 → 内存映射文件

理解这些IPC方式的优缺点，能帮助你在实际开发中选择最合适的通信机制。