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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。
特点：
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。
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）。
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。
#include <unistd.h>
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。
二、FIFO
也称为命名管道，是一种文件类型。
特定：
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。
原型：
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
// 返回值：若成功返回0，失败返回-1
mode参数与open函数中的mode相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。
当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：
若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO
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
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。
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。
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。
#include <sys/msg.h>
// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
int msgget(key_t key, int flag);
// 添加消息：成功返回0，失败返回-1
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
// 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
key参数为IPC_PRIVATE。
函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：
type == 0，返回队列中的第一个消息；
type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。
系统建立IPC通讯 （消息队列、信号量和共享内存） 时必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。
例：
发送
//msgsend.c
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
// int msgget(key_t key, int flag);
// int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
// int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
struct msgbuf{
long mtype;
char mtext[128];
};
int main()
{
key_t key;
key = ftok(".",10);
printf("key is %x\n",key);
struct msgbuf sendBuff = {888,"wo shi shuai ge"};
struct msgbuf readBuff;
int msgID = msgget(key,IPC_CREAT|0777);
if(msgID == -1){
printf("msgget faild\n");
}
msgsnd(msgID,&sendBuff,sizeof(sendBuff.mtext),0);
msgrcv(msgID,&readBuff,sizeof(readBuff.mtext),988,0);
printf("return from get :%s\n",readBuff.mtext);
msgctl(msgID,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
接收
//msgget.c
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
// int msgget(key_t key, int flag);
// int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
// int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
struct msgbuf{
long mtype;
char mtext[128];
};
int main()
{
key_t key;
key = ftok(".",10);
printf("key = %x\n",key);
struct msgbuf readBuff;
struct msgbuf sendBuff = {988,"ni ye shi shuai ge"};
int msgID = msgget(key,IPC_CREAT|0777);
if(msgID == -1){
printf("msgget faild\n");
}
msgrcv(msgID,&readBuff,sizeof(readBuff.mtext),888,0);
printf("read data:%s\n",readBuff.mtext);
msgsnd(msgID,&sendBuff,sizeof(sendBuff.mtext),0);
msgctl(msgID,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
四、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。
#include <sys/shm.h>
// 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1
int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
// 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
int shmdt(void *addr);
// 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。
当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。
shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。
shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。
ipcs 命令往标准输出写入一些关于活动进程间通信设施的信息。如果没有指定任何标志，ipcs 命令用简短格式写入一些关于当前活动消息队列(-q)、共享内存段(-m)、信号量(-s)、远程队列和本地队列标题
例：
发送
//shmsend.c
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
// int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
// int shmdt(void *addr);
// int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
int main()
{
key_t key;
key =ftok(",",10);
int shmID;
shmID = shmget(key,1024*4,IPC_CREAT|0666);
if(shmID == -1){
printf("shmget fail\n");
exit(-1);
}
char *shmat_p = shmat(shmID,0,0);
printf("shmat ok\n");
strcpy(shmat_p,"wo jiao xiao pang");
sleep(5);
shmdt(shmat_p);
shmctl(shmID,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
接收
//shmread.c
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
// int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
// int shmdt(void *addr);
// int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
int main()
{
key_t key;
key =ftok(",",10);
int shmID;
shmID = shmget(key,1024*4,0);
if(shmID == -1){
printf("shmget fail\n");
exit(-1);
}
char *shmat_p = shmat(shmID,0,0);
printf("shmat ok\n");
printf("read data :%s\n",shmat_p);
shmdt(shmat_p);
return 0;
}
五、信号
信号的名字和编号：
每个信号都有一个名字和编号，这些名字都以“SIG”开头，例如“SIGIO ”、“SIGCHLD”等等。
信号定义在signal.h头文件中，信号名都定义为正整数。
具体的信号名称可以使用kill -l来查看信号的名字以及序号，信号是从1开始编号的，不存在0号信号。kill对于信号0又特殊的应用。
信号的处理：
信号的处理有三种方法，分别是：忽略、捕捉和默认动作
忽略信号，大多数信号可以使用这个方式来处理，但是有两种信号不能被忽略（分别是 SIGKILL和SIGSTOP）。因为他们向内核和超级用户提供了进程终止和停止的可靠方法，如果忽略了，那么这个进程就变成了没人能管理的的进程，显然是内核设计者不希望看到的场景
捕捉信号，需要告诉内核，用户希望如何处理某一种信号，说白了就是写一个信号处理函数，然后将这个函数告诉内核。当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数，以此来实现某种信号的处理。
系统默认动作，对于每个信号来说，系统都对应由默认的处理动作，当发生了该信号，系统会自动执行。不过，对系统来说，大部分的处理方式都比较粗暴，就是直接杀死该进程。
具体的信号默认动作可以使用man 7 signal来查看系统的具体定义。
对于信号来说，最大的意义不是为了杀死信号，而是实现一些异步通讯的手段。
信号处理函数的注册
信号处理函数的注册不只一种方法，分为入门版和高级版
入门版：函数signal
高级版：函数sigaction
信号处理发送函数
信号发送函数也不止一个，同样分为入门版和高级版
1.入门版：kill
2.高级版：sigqueue
入门：
//signal函数原型
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
根据函数原型可以看出由两部分组成，一个是真实处理信号的函数，另一个是注册函数了。
对于sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);函数来说，signum 显然是信号的编号，handler 是中断函数的指针。
同样，typedef void (*sighandler_t)(int);中断函数的原型中，有一个参数是 int 类型，显然也是信号产生的类型，方便使用一个函数来处理多个信号。
注：
1.当执行一个程序时，所有信号的状态都是系统默认或者忽略状态的。除非是 调用exec进程忽略了某些信号。exec 函数将原先设置为要捕捉的信号都更改为默认动作，其他信号的状态则不会改变 。
2.当一个进程调动了 fork 函数，那么子进程会继承父进程的信号处理方式。
//kill函数原型
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
根据 kill 函数的可以看出，pid 就是接受者的 pid，sig 则是发送的信号的类型。
关于 kill 函数，还有一点需要额外说明，上面的程序限定了 pid 必须为大于0的正整数，其实 kill 函数传入的 pid 可以是小于等于0的整数。
pid > 0：将发送个该 pid 的进程
pid == 0：将会把信号发送给与发送进程属于同一进程组的所有进程，并且发送进程具有权限想这些进程发送信号。
pid < 0：将信号发送给进程组ID 为 pid 的绝对值得，并且发送进程具有权限向其发送信号的所有进程
pid == -1：将该信号发送给发送进程的有权限向他发送信号的所有进程。（不包括系统进程集中的进程）
高级：
//sigaction 的函数原型
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); //信号处理程序，不接受额外数据，SIG_IGN 为忽略，SIG_DFL 为默认动作
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用
sigset_t sa_mask;//阻塞关键字的信号集，可以再调用捕捉函数之前，把信号添加到信号阻塞字，信号捕捉函数返回之前恢复为原先的值。
int sa_flags;//影响信号的行为SA_SIGINFO表示能够接受数据
};
//回调函数句柄sa_handler、sa_sigaction只能任选其一
sigaction 是一个系统调用，根据这个函数原型，我们不难看出，在函数原型中，第一个参数signum应该就是注册的信号的编号；第二个参数act如果不为空说明需要对该信号有新的配置；第三个参数oldact如果不为空，那么可以对之前的信号配置进行备份，以方便之后进行恢复。
关于void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void );处理函数来说还需要有一些说明。void 是接收到信号所携带的额外数据；而struct siginfo这个结构体主要适用于记录接收信号的一些相关信息。
//发送函数
#include <signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
union sigval {
int sival_int;
void *sival_ptr;
};
使用这个函数之前，必须要有几个操作需要完成
1、使用 sigaction 函数安装信号处理程序时，制定了 SA_SIGINFO 的标志。
2、sigaction 结构体中的 sa_sigaction 成员提供了信号捕捉函数。如果实现的时 sa_handler 成员，那么将无法获取额外携带的数据。
sigqueue 函数只能把信号发送给单个进程，可以使用 value 参数向信号处理程序传递整数值或者指针值。
六、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。
2、原型
最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。
1 #include <sys/sem.h>
2 // 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
4 // 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
6 // 控制信号量的相关信息
7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
当semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0 。
在semop函数中，sembuf结构的定义如下
1 struct sembuf
2 {
3 short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
4 short sem_op; // 信号量值在一次操作中的改变量
5 short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
6 }
其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
-
若sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
-
若sem_op < 0，请求 sem_op 的绝对值的资源。
一、如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。
二、当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与sem_flg有关。- 1、sem_flg 指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。
- 2、sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
- ①、当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回；
- ②、此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
- ③、进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
-
若sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
一、当信号量已经为0，函数立即返回。
二、如果信号量的值不为0，则依据sem_flg决定函数动作：- 1、sem_flg指定IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。
- 2、sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
- ①、信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
- ②、此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
- ③、进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。
在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。
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