1. 前言

上一小结谈到了操作系统中进程和线程的区别，其中进程之间、线程之间的通信方式不同，进程通信（Inter-Process Communication，简称 IPC）是指不同进程之间交换信息。操作系统中时刻都在进行 IPC，例如微信读取本地的文件，就是微信程序和文件系统进程交互的过程。

2. 进程间通信

面试官提问： 操作系统进程之间的通信方式有哪些？有什么特点？

题目解析：

操作系统中最常用的 IPC 方式有 5 种，分别是管道、命名管道、信号、共享内存以及套接字。

2.1 管道

管道（pipe），默认指无名管道。管道在两个进程之间建立一个通道，一个进程向这个通道写入字节流，另一个进程从这个通道读取字节流。用 C 语言描述管道示例：

#include <unistd.h>  // 引入linux头文件
int pipe(int fd[2]); // 返回：如果成功返回0，失败则返回-1 

上述定义的 fd 对象，其中 fd[0] 表示读文件描述符，f[1] 表示写文件描述符。

假设存在两个进程，分别为进程 A 和进程 B，那么进程 A 往 f[1] 写入，进程 B 则从自身的 f[0] 读取内容。

需要注意管道是半双工通信，也就是数据的流向是固定的，必须有一端是写入端，另一端是读取端。

2.2 信号

信号（Signal）是 Unix 系统中就已有的 IPC 方式，继承于 Unix 的 Linux 系统和 MacOS 系统也具有相同的通信方式。

信号的工作原理是向某个进程发送特定的消息，目标进程在收到消息之后，就知道特定事件已经发生，此时进程可以忽略消息即不做处理，或者是处理消息调用固定的函数。

以 MacOS 为例，在 shell 终端输入 kill -l 可以列出支出的全部信号名称：HUP INT QUIT ILL TRAP ABRT EMT FPE KILL BUS SEGV SYS PIPE ALRM TERM URG STOP。

2.3 共享内存

共享内容（Shared Memory）是指两个进程之间可以读和写相同的操作系统内存空间，每个进程的操作对另外的进程都是可见的，这种通信方式非常类似线程之间的通信。

C 语言实现的共享内存步骤：

（1）shmget() ：创建一段共享内存，或者引用已有的共享内存的空间；

（2）shmat() ：连接已有的共享内存的地址；

（3）shmctl()：建立连接之后，对共享内存进行读写操作；

（4）shmdt()：所有操作都执行完成之后，断开连接。

2.4 命名管道

命名管道（Named Pipe）实际上就是先进先出队列（First In First Out，简称 FIFO），候选人需要区分命名管道和管道，两者最大的区别在于管道只能在具有亲缘关系的两个进程之间通信，例如父子进程之间或者兄弟进程之间，命名管道则可以在任何两个进程之间通信，更加零活。

如图所示，用户进程 A 是写入进程，写入的消息是 1 2 3 4 5，因为遵循先进先出的原则，用户进程 B 读出的消息顺序也是 1 2 3 4 5。

2.5 套接字

上述介绍的 IPC 方式都是同一个主机内进程的交互方式，都是本地通信，套接字（Socket）一般用来处理不同主机进程之间的通信，也就是远程通信，是网络通信最常用的方式。Socket 通信需要 TCP 或者 UDP 协议的支持。使用 C 语言创建 Socket 的示例：

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h> //引入头文件
int socket(int domain, int type, int protocol); //创建一个socket

3. 小结

本章节介绍了 5 种最常见的进程间通信方式，候选人需要掌握没种通信方式的原理，最好能够画出原型图，而操作系统级别的通信一般不需要我们手动实现，有兴趣的同学可以了解下具体的实现，例如使用 Socket API 实现通信的编码方式，但是大部分实现接口并不会在面试中被考察，关注的重点在于定义。