阿竺 ·1. 前言
上一小結談到了操作系統中進程和線程的區別，其中進程之間、線程之間的通信方式不同，進程通信（Inter-Process Communication，簡稱 IPC）是指不同進程之間交換信息。操作系統中時刻都在進行 IPC，例如微信讀取本地的文件，就是微信程序和文件系統進程交互的過程。
2. 進程間通信
面試官提問： 操作系統進程之間的通信方式有哪些？有什么特點？
題目解析：
操作系統中最常用的 IPC 方式有 5 種，分別是管道、命名管道、信號、共享內存以及套接字。
2.1 管道
管道（pipe），默認指無名管道。管道在兩個進程之間建立一個通道，一個進程向這個通道寫入字節流，另一個進程從這個通道讀取字節流。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。
假設存在兩個進程，分別為進程 A 和進程 B，那么進程 A 往 f[1] 寫入，進程 B 則從自身的 f[0] 讀取內容。
需要注意管道是半雙工通信，也就是數據的流向是固定的，必須有一端是寫入端，另一端是讀取端。
2.2 信號
信號（Signal）是 Unix 系統中就已有的 IPC 方式，繼承于 Unix 的 Linux 系統和 MacOS 系統也具有相同的通信方式。
信號的工作原理是向某個進程發送特定的消息，目標進程在收到消息之后，就知道特定事件已經發生，此時進程可以忽略消息即不做處理，或者是處理消息調用固定的函數。
以 MacOS 為例，在 shell 終端輸入 kill -l 可以列出支出的全部信號名稱：HUP INT QUIT ILL TRAP ABRT EMT FPE KILL BUS SEGV SYS PIPE ALRM TERM URG STOP。
2.3 共享內存
共享內容（Shared Memory）是指兩個進程之間可以讀和寫相同的操作系統內存空間，每個進程的操作對另外的進程都是可見的，這種通信方式非常類似線程之間的通信。
C 語言實現的共享內存步驟：
（1）shmget() ：創建一段共享內存，或者引用已有的共享內存的空間；
（2）shmat() ：連接已有的共享內存的地址；
（3）shmctl()：建立連接之后，對共享內存進行讀寫操作；
（4）shmdt()：所有操作都執行完成之后，斷開連接。
2.4 命名管道
命名管道（Named Pipe）實際上就是先進先出隊列（First In First Out，簡稱 FIFO），候選人需要區分命名管道和管道，兩者最大的區別在于管道只能在具有親緣關系的兩個進程之間通信，例如父子進程之間或者兄弟進程之間，命名管道則可以在任何兩個進程之間通信，更加零活。
如圖所示，用戶進程 A 是寫入進程，寫入的消息是 1 2 3 4 5，因為遵循先進先出的原則，用戶進程 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 方式都是同一個主機內進程的交互方式，都是本地通信，套接字（Socket）一般用來處理不同主機進程之間的通信，也就是遠程通信，是網絡通信最常用的方式。Socket 通信需要 TCP 或者 UDP 協議的支持。使用 C 語言創建 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); //創建一個socket
3. 小結
本章節介紹了 5 種最常見的進程間通信方式，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，而操作系統級別的通信一般不需要我們手動實現，有興趣的同學可以了解下具體的實現，例如使用 Socket API 實現通信的編碼方式，但是大部分實現接口并不會在面試中被考察，關注的重點在于定義。
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