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前言

開(kāi)場(chǎng)小故事

炎炎夏日，張三騎著單車(chē)去面試花了 1 小時(shí)，一路上汗流浹背。

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

面試五分鐘，騎車(chē)兩小時(shí)。

你看，張三因面試沒(méi)準(zhǔn)備好，吹空調(diào)的時(shí)間只有 5 分鐘，來(lái)回路上花了 2 小時(shí)曬太陽(yáng)，你說(shuō)慘不慘？

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

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

說(shuō)真的，我們這次一起幫張三一起復(fù)習(xí)下，加深他對(duì)進(jìn)程間通信的理解，好讓他下次吹空調(diào)的時(shí)間能長(zhǎng)一點(diǎn)。

正文

每個(gè)進(jìn)程的用戶地址空間都是獨(dú)立的，一般而言是不能互相訪問(wèn)的，但內(nèi)核空間是每個(gè)進(jìn)程都共享的，所以進(jìn)程之間要通信必須通過(guò)內(nèi)核。

Linux 內(nèi)核提供了不少進(jìn)程間通信的機(jī)制，我們來(lái)一起瞧瞧有哪些？

管道

如果你學(xué)過(guò) Linux 命令，那你肯定很熟悉「|」這個(gè)豎線。

$?ps?auxf?|?grep?mysql

上面命令行里的「|」豎線就是一個(gè)管道，它的功能是將前一個(gè)命令（ps auxf）的輸出，作為后一個(gè)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?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)管道才行。

同時(shí)，我們得知上面這種管道是沒(méi)有名字，所以「|」表示的管道稱(chēng)為匿名管道，用完了就銷(xiāo)毀。

管道還有另外一個(gè)類(lèi)型是命名管道，也被叫做 FIFO，因?yàn)閿?shù)據(jù)是先進(jìn)先出的傳輸方式。

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

$?mkfifo?myPipe

myPipe 就是這個(gè)管道的名稱(chēng)，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(gè)文件的類(lèi)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(lái)，我們往 myPipe 這個(gè)管道寫(xiě)入數(shù)據(jù)：

$?echo?"hello"?>?myPipe??//?將數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)管道
?????????????????????????//?停住了?...

你操作了后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)命令執(zhí)行后就停在這了，這是因?yàn)楣艿览锏膬?nèi)容沒(méi)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(gè)命令來(lái)讀取這個(gè)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(lái)了，并打印在了終端上，另外一方面，echo 那個(gè)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(jìn)程間頻繁地交換數(shù)據(jù)。當(dāng)然，它的好處，自然就是簡(jiǎn)單，同時(shí)也我們很容易得知管道里的數(shù)據(jù)已經(jīng)被另一個(gè)進(jìn)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(guò)下面這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用：

int?pipe(int?fd[2])

這里表示創(chuàng)建一個(gè)匿名管道，并返回了兩個(gè)描述符，一個(gè)是管道的讀取端描述符 fd[0]，另一個(gè)是管道的寫(xiě)入端描述符 fd[1]。注意，這個(gè)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(shí)，所謂的管道，就是內(nèi)核里面的一串緩存。從管道的一段寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，實(shí)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(wú)格式的流且大小受限。

看到這，你可能會(huì)有疑問(wèn)了，這兩個(gè)描述符都是在一個(gè)進(jìn)程里面，并沒(méi)有起到進(jìn)程間通信的作用，怎么樣才能使得管道是跨過(guò)兩個(gè)進(jìn)程的呢？

我們可以使用 fork 創(chuàng)建子進(jìn)程，創(chuàng)建的子進(jìn)程會(huì)復(fù)制父進(jìn)程的文件描述符，這樣就做到了兩個(gè)進(jìn)程各有兩個(gè)「 fd[0] 與 fd[1]」，兩個(gè)進(jìn)程就可以通過(guò)各自的 fd 寫(xiě)入和讀取同一個(gè)管道文件實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)程通信了。

管道只能一端寫(xiě)入，另一端讀出，所以上面這種模式容易造成混亂，因?yàn)楦高M(jìn)程和子進(jìn)程都可以同時(shí)寫(xiě)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(jìn)程關(guān)閉讀取的 fd[0]，只保留寫(xiě)入的 fd[1]；
子進(jìn)程關(guān)閉寫(xiě)入的 fd[1]，只保留讀取的 fd[0]；

所以說(shuō)如果需要雙向通信，則應(yīng)該創(chuàng)建兩個(gè)管道。

到這里，我們僅僅解析了使用管道進(jìn)行父進(jìn)程與子進(jìn)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(shí)候，A 進(jìn)程和 B 進(jìn)程都是 shell 創(chuàng)建出來(lái)的子進(jìn)程，A 和 B 之間不存在父子關(guān)系，它倆的父進(jìn)程都是 shell。

所以說(shuō)，在 shell 里通過(guò)「|」匿名管道將多個(gè)命令連接在一起，實(shí)際上也就是創(chuàng)建了多個(gè)子進(jìn)程，那么在我們編寫(xiě) shell 腳本時(shí)，能使用一個(gè)管道搞定的事情，就不要多用一個(gè)管道，這樣可以減少創(chuàng)建子進(jìn)程的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。

我們可以得知，對(duì)于匿名管道，它的通信范圍是存在父子關(guān)系的進(jìn)程。因?yàn)楣艿罌](méi)有實(shí)體，也就是沒(méi)有管道文件，只能通過(guò) fork 來(lái)復(fù)制父進(jìn)程 fd 文件描述符，來(lái)達(dá)到通信的目的。

另外，對(duì)于命名管道，它可以在不相關(guān)的進(jìn)程間也能相互通信。因?yàn)槊罟艿?，提前?chuàng)建了一個(gè)類(lèi)型為管道的設(shè)備文件，在進(jìn)程里只要使用這個(gè)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(jìn)程寫(xiě)入的數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)核中，另一個(gè)進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)時(shí)候自然也是從內(nèi)核中獲取，同時(shí)通信數(shù)據(jù)都遵循先進(jìn)先出原則，不支持 lseek 之類(lèi)的文件定位操作。

消息隊(duì)列

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

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，消息隊(duì)列的通信模式就可以解決。比如，A 進(jìn)程要給 B 進(jìn)程發(fā)送消息，A 進(jìn)程把數(shù)據(jù)放在對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列后就可以正常返回了，B 進(jìn)程需要的時(shí)候再去讀取數(shù)據(jù)就可以了。同理，B 進(jìn)程要給 A 進(jìn)程發(fā)送消息也是如此。

再來(lái)，消息隊(duì)列是保存在內(nèi)核中的消息鏈表，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)分成一個(gè)一個(gè)獨(dú)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(lèi)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(lèi)型，所以每個(gè)消息體都是固定大小的存儲(chǔ)塊，不像管道是無(wú)格式的字節(jié)流數(shù)據(jù)。如果進(jìn)程從消息隊(duì)列中讀取了消息體，內(nèi)核就會(huì)把這個(gè)消息體刪除。

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

消息這種模型，兩個(gè)進(jìn)程之間的通信就像平時(shí)發(fā)郵件一樣，你來(lái)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(diǎn)，一是通信不及時(shí)，二是附件也有大小限制，這同樣也是消息隊(duì)列通信不足的點(diǎn)。

消息隊(duì)列不適合比較大數(shù)據(jù)的傳輸，因?yàn)樵趦?nèi)核中每個(gè)消息體都有一個(gè)最大長(zhǎng)度的限制，同時(shí)所有隊(duì)列所包含的全部消息體的總長(zhǎng)度也是有上限。在 Linux 內(nèi)核中，會(huì)有兩個(gè)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(zhǎng)度和一個(gè)隊(duì)列的最大長(zhǎng)度。

消息隊(duì)列通信過(guò)程中，存在用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的數(shù)據(jù)拷貝開(kāi)銷(xiāo)，因?yàn)檫M(jìn)程寫(xiě)入數(shù)據(jù)到內(nèi)核中的消息隊(duì)列時(shí)，會(huì)發(fā)生從用戶態(tài)拷貝數(shù)據(jù)到內(nèi)核態(tài)的過(guò)程，同理另一進(jìn)程讀取內(nèi)核中的消息數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)發(fā)生從內(nèi)核態(tài)拷貝數(shù)據(jù)到用戶態(tài)的過(guò)程。

共享內(nèi)存

消息隊(duì)列的讀取和寫(xiě)入的過(guò)程，都會(huì)有發(fā)生用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的消息拷貝過(guò)程。那共享內(nèi)存的方式，就很好的解決了這一問(wèn)題。

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

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

信號(hào)量

用了共享內(nèi)存通信方式，帶來(lái)新的問(wèn)題，那就是如果多個(gè)進(jìn)程同時(shí)修改同一個(gè)共享內(nèi)存，很有可能就沖突了。例如兩個(gè)進(jìn)程都同時(shí)寫(xiě)一個(gè)地址，那先寫(xiě)的那個(gè)進(jìn)程會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)容被別人覆蓋了。

為了防止多進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)共享資源，而造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，所以需要保護(hù)機(jī)制，使得共享的資源，在任意時(shí)刻只能被一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)。正好，信號(hào)量就實(shí)現(xiàn)了這一保護(hù)機(jī)制。

信號(hào)量其實(shí)是一個(gè)整型的計(jì)數(shù)器，主要用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥與同步，而不是用于緩存進(jìn)程間通信的數(shù)據(jù)。

信號(hào)量表示資源的數(shù)量，控制信號(hào)量的方式有兩種原子操作：

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

P 操作是用在進(jìn)入共享資源之前，V 操作是用在離開(kāi)共享資源之后，這兩個(gè)操作是必須成對(duì)出現(xiàn)的。

接下來(lái)，舉個(gè)例子，如果要使得兩個(gè)進(jìn)程互斥訪問(wèn)共享內(nèi)存，我們可以初始化信號(hào)量為 1。

具體的過(guò)程如下：

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

可以發(fā)現(xiàn)，信號(hào)初始化為 1，就代表著是互斥信號(hào)量，它可以保證共享內(nèi)存在任何時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程在訪問(wèn)，這就很好的保護(hù)了共享內(nèi)存。

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

例如，進(jìn)程 A 是負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而進(jìn)程 B 是負(fù)責(zé)讀取數(shù)據(jù)，這兩個(gè)進(jìn)程是相互合作、相互依賴的，進(jìn)程 A 必須先生產(chǎn)了數(shù)據(jù)，進(jìn)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(shí)候，就可以用信號(hào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程同步的方式，我們可以初始化信號(hào)量為 0。

具體過(guò)程：

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

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

信號(hào)

上面說(shuō)的進(jìn)程間通信，都是常規(guī)狀態(tài)下的工作模式。對(duì)于異常情況下的工作模式，就需要用「信號(hào)」的方式來(lái)通知進(jìn)程。

信號(hào)跟信號(hào)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(hào)，分別代表不同的意義。我們可以通過(guò) kill -l 命令，查看所有的信號(hào)：

$?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(yùn)行在 shell 終端的進(jìn)程，我們可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入某些組合鍵的時(shí)候，給進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。例如

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

如果進(jìn)程在后臺(tái)運(yùn)行，可以通過(guò) kill 命令的方式給進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，但前提需要知道運(yùn)行中的進(jìn)程 PID 號(hào)，例如：

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

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

信號(hào)是進(jìn)程間通信機(jī)制中唯一的異步通信機(jī)制，因?yàn)榭梢栽谌魏螘r(shí)候發(fā)送信號(hào)給某一進(jìn)程，一旦有信號(hào)產(chǎn)生，我們就有下面這幾種，用戶進(jìn)程對(duì)信號(hào)的處理方式。

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

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

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

Socket

前面提到的管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、信號(hào)量和信號(hào)都是在同一臺(tái)主機(jī)上進(jìn)行進(jìn)程間通信，那要想跨網(wǎng)絡(luò)與不同主機(jī)上的進(jìn)程之間通信，就需要 Socket 通信了。

實(shí)際上，Socket 通信不僅可以跨網(wǎng)絡(luò)與不同主機(jī)的進(jìn)程間通信，還可以在同主機(jī)上進(jìn)程間通信。

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

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

三個(gè)參數(shù)分別代表：

domain 參數(shù)用來(lái)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(jī)；
type 參數(shù)用來(lái)指定通信特性，比如 SOCK_STREAM 表示的是字節(jié)流，對(duì)應(yīng) TCP、SOCK_DGRAM ?表示的是數(shù)據(jù)報(bào)，對(duì)應(yīng) UDP、SOCK_RAW 表示的是原始套接字；
protocal 參數(shù)原本是用來(lái)指定通信協(xié)議的，但現(xiàn)在基本廢棄。因?yàn)閰f(xié)議已經(jīng)通過(guò)前面兩個(gè)參數(shù)指定完成，protocol 目前一般寫(xiě)成 0 即可；

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

實(shí)現(xiàn) TCP 字節(jié)流通信：socket 類(lèi)型是 AF_INET 和 SOCK_STREAM；
實(shí)現(xiàn) UDP 數(shù)據(jù)報(bào)通信：socket 類(lèi)型是 AF_INET 和 SOCK_DGRAM；
實(shí)現(xiàn)本地進(jìn)程間通信：「本地字節(jié)流 socket 」類(lèi)型是 AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM，「本地?cái)?shù)據(jù)報(bào) socket 」類(lèi)型是 AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。另外，AF_UNIX 和 AF_LOCAL 是等價(jià)的，所以 AF_UNIX 也屬于本地 socket；

接下來(lái)，簡(jiǎn)單說(shuō)一下這三種通信的編程模式。

針對(duì) 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(jìn)行監(jiān)聽(tīng)；
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(qǐng)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(xiě)入數(shù)據(jù)；服務(wù)端調(diào)用 read 讀取數(shù)據(jù)；
客戶端斷開(kāi)連接時(shí)，會(huì)調(diào)用 close，那么服務(wù)端 read 讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，就會(huì)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(shí)，連接成功了會(huì)返回一個(gè)已完成連接的 socket，后續(xù)用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

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

成功連接建立之后，雙方開(kāi)始通過(guò) read 和 write 函數(shù)來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，就像往一個(gè)文件流里面寫(xiě)東西一樣。

針對(duì) UDP 協(xié)議通信的 socket 編程模型

UDP 是沒(méi)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(hào)，因此也需要 bind。

對(duì)于 UDP 來(lái)說(shuō)，不需要要維護(hù)連接，那么也就沒(méi)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(gè) socket 多臺(tái)機(jī)器就可以任意通信，因此每一個(gè) UDP 的 socket 都需要 bind。

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

針對(duì)本地進(jìn)程間通信的 socket 編程模型

本地 socket ?被用于在同一臺(tái)主機(jī)上進(jìn)程間通信的場(chǎng)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(bào)」兩種協(xié)議；
本地 socket 的實(shí)現(xiàn)效率大大高于 IPv4 和 IPv6 的字節(jié)流、數(shù)據(jù)報(bào) socket 實(shí)現(xiàn)；

對(duì)于本地字節(jié)流 socket，其 socket 類(lèi)型是 AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM。

對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)報(bào) socket，其 socket 類(lèi)型是 AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。

本地字節(jié)流 socket 和本地?cái)?shù)據(jù)報(bào) socket 在 bind 的時(shí)候，不像 TCP 和 UDP 要綁定 IP 地址和端口，而是綁定一個(gè)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(gè)進(jìn)程的用戶空間都是獨(dú)立的，不能相互訪問(wèn)，這時(shí)就需要借助內(nèi)核空間來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，原因很簡(jiǎn)單，每個(gè)進(jìn)程都是共享一個(gè)內(nèi)核空間。

Linux 內(nèi)核提供了不少進(jìn)程間通信的方式，其中最簡(jiǎn)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(méi)有名字標(biāo)識(shí)，匿名管道是特殊文件只存在于內(nèi)存，沒(méi)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(wú)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(gè)方向上流動(dòng)，如果要雙向通信，需要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)管道，再來(lái)匿名管道是只能用于存在父子關(guān)系的進(jìn)程間通信，匿名管道的生命周期隨著進(jìn)程創(chuàng)建而建立，隨著進(jìn)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(jìn)程間的通信限制，因?yàn)槭褂妹艿赖那疤?，需要在文件系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)型為 p 的設(shè)備文件，那么毫無(wú)關(guān)系的進(jìn)程就可以通過(guò)這個(gè)設(shè)備文件進(jìn)行通信。另外，不管是匿名管道還是命名管道，進(jìn)程寫(xiě)入的數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)核中，另一個(gè)進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)時(shí)候自然也是從內(nèi)核中獲取，同時(shí)通信數(shù)據(jù)都遵循先進(jìn)先出原則，不支持 lseek 之類(lèi)的文件定位操作。

消息隊(duì)列克服了管道通信的數(shù)據(jù)是無(wú)格式的字節(jié)流的問(wèn)題，消息隊(duì)列實(shí)際上是保存在內(nèi)核的「消息鏈表」，消息隊(duì)列的消息體是可以用戶自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)被分成一個(gè)一個(gè)獨(dú)立的消息體，當(dāng)然接收數(shù)據(jù)時(shí)，也要與發(fā)送方發(fā)送的消息體的數(shù)據(jù)類(lèi)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(duì)列通信的速度不是最及時(shí)的，畢竟每次數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀取都需要經(jīng)過(guò)用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的拷貝過(guò)程。

共享內(nèi)存可以解決消息隊(duì)列通信中用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間數(shù)據(jù)拷貝過(guò)程帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)，它直接分配一個(gè)共享空間，每個(gè)進(jìn)程都可以直接訪問(wèn)，就像訪問(wèn)進(jìn)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(jìn)程間通信方式之名。但是便捷高效的共享內(nèi)存通信，帶來(lái)新的問(wèn)題，多進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)同個(gè)共享資源會(huì)造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)亂。

那么，就需要信號(hào)量來(lái)保護(hù)共享資源，以確保任何時(shí)刻只能有一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)共享資源，這種方式就是互斥訪問(wèn)。信號(hào)量不僅可以實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)的互斥性，還可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步，信號(hào)量其實(shí)是一個(gè)計(jì)數(shù)器，表示的是資源個(gè)數(shù)，其值可以通過(guò)兩個(gè)原子操作來(lái)控制，分別是 P 操作和 V 操作。

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

前面說(shuō)到的通信機(jī)制，都是工作于同一臺(tái)主機(jī)，如果要與不同主機(jī)的進(jìn)程間通信，那么就需要 Socket 通信了。Socket 實(shí)際上不僅用于不同的主機(jī)進(jìn)程間通信，還可以用于本地主機(jī)進(jìn)程間通信，可根據(jù)創(chuàng)建 Socket 的類(lèi)型不同，分為三種常見(jiàn)的通信方式，一個(gè)是基于 TCP 協(xié)議的通信方式，一個(gè)是基于 UDP 協(xié)議的通信方式，一個(gè)是本地進(jìn)程間通信方式。

以上，就是進(jìn)程間通信的主要機(jī)制了。你可能會(huì)問(wèn)了，那線程通信間的方式呢？

同個(gè)進(jìn)程下的線程之間都是共享進(jìn)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(duì)于線程間關(guān)注的不是通信方式，而是關(guān)注多線程競(jìng)爭(zhēng)共享資源的問(wèn)題，信號(hào)量也同樣可以在線程間實(shí)現(xiàn)互斥與同步：