Linux系统中的进程间通信方式

进程是一个独立的资源分配单元，不同的进程（通常指的是用户进程）之间的资源是独立的，没有关联，不能在同一个进程中直接访问另一个进程的资源。

进程间通信（IPC）的目的：

• 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
• 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时需要通知父进程）。
• 资源共享：多个进程之间共享同样的资源，需要内核提供互斥和同步机制。
• 进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变

同一主机上的进程通信方式

•    UNIX进程间通信方式: 包括管道(PIPE), 有名管道(FIFO), 和信号(Signal)
•    System V进程通信方式：包括信号量(Semaphore), 消息队列(Message Queue), 和共享内存(Shared Memory)

网络主机间的进程通信方式

•    RPC: Remote Procedure Call 远程过程调用
•    Socket: 当前最流行的网络通信方式, 基于TCP/IP协议的通信方式.

各自的特点如下:

• 无名管道/匿名管道(PIPE)：无名管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系(父子进程)的进程间使用。另外无名管道传送的是无格式的字节流，并且管道缓冲区的大小是有限的（管道缓冲区存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）。
• 有名管道 (FIFO)： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

• 高级管道(popen)：将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前程序的子进程，这种方式我们称为高级管道方式。

• 信号(Signal)： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
• 信号量(Semaphore)：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
• 消息队列(Message Queue)：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
• 共享内存(Shared Memory )：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存（内存映射），这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
• 套接字(Socket)： 套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机间的进程通信。

Linux系统中的线程间通信方式主要以下几种:

• 锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁、自旋锁

        互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。互斥锁确保同一时间只能有一个线程访问共享资源。当锁被占用时试图对其加锁的线程都进入阻塞状态(释放CPU资源使其由运行状态进入等待状态)。当锁释放时哪个等待线程能获得该锁取决于内核的调度。

        读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。当以写模式加锁而处于写状态时任何试图加锁的线程(不论是读或写)都阻塞，当以读状态模式加锁而处于读状态时“读”线程不阻塞，“写”线程阻塞。读模式共享，写模式互斥。

        条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。

        自旋锁上锁受阻时线程不阻塞而是在循环中轮询查看能否获得该锁，没有线程的切换因而没有切换开销，不过对CPU的霸占会导致CPU资源的浪费。 所以自旋锁适用于并行结构(多个处理器)或者适用于锁被持有时间短而不希望在线程切换产生开销的情况。

• 信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量
• 信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理

线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。