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深刻理解Linux进程间通信（IPC）一个大型的应用系统，往往需要众多进程协作，进程（Linux进程概念见附1）间通信的重要性显而易见。本系列文章阐述了Linux环境下的几种主要进程间通信手段，并针对每个通信手段关键技术环节给出详细实例。为达到阐明问题的目的，本文还对某些通信手段的内部实现机制进行了分析。序linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD（加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心）在进程间通信方面的侧重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了“systemVIPC”，通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制。Linux则把两者继承了下来，如图示：其中，最初UnixIPC包括：管道、FIFO、信号；SystemVIPC包括：SystemV消息队列、SystemV信号灯、SystemV共享内存区；PosixIPC包括：Posix消息队列、Posix信号灯、Posix共享内存区。有两点需要简单说明一下：1）由于Unix版本的多样性，电子电气工程协会（IEEE）开发了一个独立的Unix标准，这个新的ANSIUnix标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面（PSOIX）。现有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX标准的，而Linux从一开始就遵循POSIX标准；2）BSD并不是没有涉足单机内的进程间通信（socket本身就可以用于单机内的进程间通信）。事实上，很多Unix版本的单机IPC留有BSD的痕迹，如4.4BSD支持的匿名内存映射、4.3+BSD对可靠信号语义的实现等等。图一给出了linux所支持的各种IPC手段，在本文接下来的讨论中，为了避免概念上的混淆，在尽可能少提及Unix的各个版本的情况下，所有问题的讨论最终都会归结到Linux环境下的进程间通信上来。并且，对于Linux所支持通信手段的不同实现版本（如对于共享内存来说，有Posix共享内存区以及SystemV共享内存区两个实现版本），将主要介绍PosixAPI。linux下进程间通信的几种主要手段简介：1.管道（Pipe）及有名管道（namedpipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；2.信号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）；3.报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列systemV消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。4.共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。5.信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。6.套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和SystemV的变种都支持套接字。下面将对上述通信机制做具体阐述。附1：参考文献[2]中对linux环境下的进程进行了概括说明：一般来说，linux下的进程包含以下几个关键要素：有一段可执行程序；有专用的系统堆栈空间；内核中有它的控制块（进程控制块），描述进程所占用的资源，这样，进程才能接受内核的调度；具有独立的存储空间进程和线程有时候并不完全区分，而往往根据上下文理解其含义。Linux环境进程间通信（一）管道及有名管道在本系列序中作者概述了linux进程间通信的几种主要手段。其中管道和有名管道是最早的进程间通信机制之一，管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。认清管道和有名管道的读写规则是在程序中应用它们的关键，本文在详细讨论了管道和有名管道的通信机制的基础上，用实例对其读写规则进行了程序验证，这样做有利于增强读者对读写规则的感性认识，同时也提供了应用范例。1、管道概述及相关API应用1.1管道相关的关键概念管道是Linux支持的最初UnixIPC形式之一，具有以下特点：管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。1.2管道的创建：#includeunistd.hintpipe(intfd[2])该函数创建的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，因此，一个进程在由pipe()创建管道后，一般再fork一个子进程，然后通过管道实现父子进程间的通信（因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进行通信）。1.3管道的读写规则：管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。从管道中读取数据：如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。注：（PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义，不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节，redhat7.2中为4096）。关于管道的读规则验证：/***************readtest.c***************/#includeunistd.h#includesys/types.h#includeerrno.hmain(){intpipe_fd[2];pid_tpid;charr_buf[100];charw_buf[4];char*p_wbuf;intr_num;intcmd;memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));p_wbuf=w_buf;if(pipe(pipe_fd)0){printf(pipecreateerror\n);return-1;}if((pid=fork())==0){printf(\n);close(pipe_fd[1]);sleep(3);//确保父进程关闭写端r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);printf(readnumis%dthedatareadfromthepipeis%d\n,r_num,atoi(r_buf));close(pipe_fd[0]);exit();}elseif(pid0){close(pipe_fd[0]);//readstrcpy(w_buf,111);if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)printf(parentwriteover\n);close(pipe_fd[1]);//writeprintf(parentclosefd[1]over\n);sleep(10);}}/***************************************************程序输出结果：*parentwriteover*parentclosefd[1]over*readnumis4thedatareadfromthepipeis111*附加结论：*管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止.****************************************************/向管道中写入数据：向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。注：只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序可以处理该信号，也可以忽略（默认动作则是应用程序终止）。对管道的写规则的验证1：写端对读端存在的依赖性#includeunistd.h#includesys/types.hmain(){intpipe_fd[2];pid_tpid;charr_buf[4];char*w_buf;intwritenum;intcmd;memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));if(pipe(pipe_fd)0){printf(pipecreateerror\n);return-1;}if((pid=fork())==0){close(pipe_fd[0]);close(pipe_fd[1]);sleep(10);exit();}elseif(pid0){sleep(1);//等待子进程完成关闭读端的操作close(pipe_fd[0]);//writew_buf=111;if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1)printf(writetopipeerror\n);elseprintf(thebyteswritetopipeis%d\n,writenum);close(pipe_fd[1]);}}则输出结果为：Brokenpipe,原因就是该管道以及它的所有fork()产物的读端都已经被关闭。如果在父进程中保留读端，即在写完pipe后，再关闭父进程的读端，也会正常写入pipe，读者可自己验证一下该结论。因此，在向管道写入数据时，至少应该存在某一个进程，其中管道读端没有被关闭，否则就会出现上述错误（管道断裂,进程收到了SIGPIPE信号，默认动作是进程终止）对管道的写规则的验证2：linux不保证写管道的原子性验证#includeunistd.h#includesys/types.h#includeerrno.hmain(intargc,char**argv){intpipe_fd[2];pid_tpid;charr_buf[4096];charw_buf[4096*2];intwritenum;intrnum;memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));if(pipe(pipe_fd)0){printf