涼了！張三同學(xué)沒答好「進(jìn)程間通信」，被面試官掛了....

時間：2020-08-07 11:33:11

關(guān)鍵字：進(jìn)程通信

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[導(dǎo)讀]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

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(jìn)程間通信這一塊沒復(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(jìn)程間通信的理解，好讓他下次吹空調(diào)的時間能長一點(diǎn)。

正文

每個進(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的，但內(nèi)核空間是每個進(jìn)程都共享的，所以進(jìn)程之間要通信必須通過內(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?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 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(jìn)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?yàn)楣艿览锏膬?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 < myPipe  // 讀取管道里的數(shù)據(jù)
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(jìn)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(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(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(jìn)程里面，并沒有起到進(jìn)程間通信的作用，怎么樣才能使得管道是跨過兩個進(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)程會復(fù)制父進(jìn)程的文件描述符，這樣就做到了兩個進(jìn)程各有兩個「 fd[0] 與 fd[1]」，兩個進(jìn)程就可以通過各自的 fd 寫入和讀取同一個管道文件實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)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?yàn)楦高M(jìn)程和子進(jìn)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(jìn)程關(guān)閉讀取的 fd[0]，只保留寫入的 fd[1]；
子進(jìn)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(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命令的時候，A 進(jìn)程和 B 進(jìn)程都是 shell 創(chuàng)建出來的子進(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，在 shell 里通過「|」匿名管道將多個命令連接在一起，實(shí)際上也就是創(chuàng)建了多個子進(jìn)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(jìn)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(jìn)程。因?yàn)楣艿罌]有實(shí)體，也就是沒有管道文件，只能通過 fork 來復(fù)制父進(jìn)程 fd 文件描述符，來達(dá)到通信的目的。

另外，對于命名管道，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)建了一個類型為管道的設(shè)備文件，在進(jìn)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(jìn)程寫入的數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)核中，另一個進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程要給 B 進(jìn)程發(fā)送消息，A 進(jìn)程把數(shù)據(jù)放在對應(yīng)的消息隊列后就可以正常返回了，B 進(jìn)程需要的時候再去讀取數(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，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(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(jìn)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(jìn)程的創(chuàng)建而建立，隨進(jìn)程的結(jié)束而銷毀。

消息這種模型，兩個進(jìn)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(diǎn)，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(diǎn)。

消息隊列不適合比較大數(shù)據(jù)的傳輸，因?yàn)樵趦?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?yàn)檫M(jìn)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(jìn)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(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(jī)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(jìn)程寫入的東西，另外一個進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程都同時寫一個地址，那先寫的那個進(jìn)程會發(fā)現(xiàn)內(nèi)容被別人覆蓋了。

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

信號量其實(shí)是一個整型的計數(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(jìn)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(jìn)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(jìn)程，于是會將該進(jìn)程喚醒運(yùn)行；相加后如果信號量 > 0，則表明當(dāng)前沒有阻塞中的進(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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程 A 就可以訪問共享內(nèi)存。
若此時，進(jìn)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(jìn)程 B 被阻塞。
直到進(jìn)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(jìn)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(jìn)程在訪問，這就很好的保護(hù)了共享內(nèi)存。

另外，在多進(jìn)程里，每個進(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)，但有時候我們又希望多個進(jìn)程能密切合作，以實(shí)現(xiàn)一個共同的任務(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。

那么這時候，就可以用信號量來實(shí)現(xiàn)多進(jìn)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(jìn)程 B 比進(jìn)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(jìn)程 A 還沒生產(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，就會使得信號量變?yōu)?0，于是就會喚醒阻塞在 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)，信號初始化為 0，就代表著是同步信號量，它可以保證進(jìn)程 A 應(yīng)在進(jìn)程 B 之前執(zhí)行。

信號

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

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

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

kill -9 1050 ，表示給 PID 為 1050 的進(jìn)程發(fā)送 SIGKILL 信號，用來立即結(jié)束該進(jìn)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(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候發(fā)送信號給某一進(jìn)程，一旦有信號產(chǎn)生，我們就有下面這幾種，用戶進(jìn)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(jìn)程的意思。Core 的意思是 Core Dump，也即終止進(jìn)程后，通過 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(jìn)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(jìn)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(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(jī)；
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?yàn)閰f(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(shí)現(xiàn) TCP 字節(jié)流通信：socket 類型是 AF_INET 和 SOCK_STREAM；
實(shí)現(xiàn) UDP 數(shù)據(jù)報通信：socket 類型是 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(jìn)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(hù)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(jī)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(jī)的 IP 地址和端口。

針對本地進(jìn)程間通信的 socket 編程模型

本地 socket 被用于在同一臺主機(jī)上進(jìn)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(shí)現(xiàn)效率大大高于 IPv4 和 IPv6 的字節(jié)流、數(shù)據(jù)報 socket 實(shí)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(jìn)程的用戶空間都是獨(dú)立的，不能相互訪問，這時就需要借助內(nèi)核空間來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，原因很簡單，每個進(jìn)程都是共享一個內(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(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艿赖那疤幔枰谖募到y(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(jìn)程就可以通過這個設(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)程寫入的數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)核中，另一個進(jìn)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(jìn)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(shí)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(dú)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(jìn)程都可以直接訪問，就像訪問進(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，帶來新的問題，多進(jìn)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(hù)共享資源，以確保任何時刻只能有一個進(jìn)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(shí)現(xiàn)訪問的互斥性，還可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步，信號量其實(shí)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(diǎn)兒都不一樣。信號是進(jìn)程間通信機(jī)制中唯一的異步通信機(jī)制，信號可以在應(yīng)用進(jìn)程和內(nèi)核之間直接交互，內(nèi)核也可以利用信號來通知用戶空間的進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程。

前面說到的通信機(jī)制，都是工作于同一臺主機(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(jìn)程間通信方式。

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

同個進(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(shí)現(xiàn)互斥與同步：