进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同进程之间传播或交换信息。
IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。
以Linux中的C语言编程为例。
一、管道
管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
1、特点：
它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
2、原型：
#include <unistd.h>int pipe(int fd[2]); // 返回值：若成功返回0，失败返回-1
当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。
要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。
3、例子
单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。
若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。
//无名管道#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <sys/wait.h>int main(){int fd[2];//两个文件描述符int pid;char buf[128];//int pipe(int pipefd[2])if(pipe(fd) == -1){//创建管道printf("creat pipe failed\n");}pid = fork();//创建子进程if(pid < 0){printf("creat child failed\n");}else if(pid > 0){//父进程sleep(3);printf("this is father\n");close(fd[0]);//关闭读端write(fd[1],"hello from father!",strlen("hello from father!"));wait(NULL);}else{printf("this is chiled!\n");close(fd[1]);//关闭写端read(fd[0],buf,128);printf("read from father:%s\n",buf);exit(0);}return 0;}
二、FIFO
FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。
1、特点
FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
2、原型
#include <sys/stat.h>// 返回值：成功返回0，出错返回-1int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。
当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：
若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。
3、例子
FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程：
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <stdio.h>#include <errno.h>//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);int main(){if(mkfifo("./file",0600) == -1 && errno != EEXIST){printf("mkfifo failuer\n");perror("why");}else{if(errno == EEXIST){printf("had file!\n");}printf("mkfifo success\n");}return 0;}
常用这一个来创建FIFO
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <stdio.h>#include <errno.h>//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);int main(){if((mkfifo("./file",0600) == -1) && errno != EEXIST){printf("mkfifo failuer\n");perror("why");}return 0;}
读FIFO里的内容
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <stdio.h>#include <errno.h>#include <fcntl.h>#include <string.h>#include <unistd.h>//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);int main(){char buf[30] = {0};int nread = 0;if((mkfifo("./file",0600) == -1) && errno != EEXIST){//创建管道printf("mkfifo failuer\n");perror("why");}int fd = open("./file",O_RDONLY);//打开管道，只读方式printf("open success\n");while(1){nread = read(fd,buf,30);printf("read %d byte from fifo,context : %s\n",nread,buf);}close(fd);return 0;}
写内容到FIFO
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <stdio.h>#include <errno.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <string.h>//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);int main(){char *str = "message from fifo";if((mkfifo("./file",0600) == -1) && errno != EEXIST){printf("mkfifo failuer\n");perror("why");}int fd = open("./file",O_WRONLY);//打开管道，只写方式printf("open success\n");while(1){write(fd,str,strlen(str));sleep(1);//防止写太快，刷屏}close(fd);return 0;}
三、消息队列
消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。
1、特点
消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。
2、原型
#include <sys/msg.h>// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1int msgget(key_t key, int flag);// 添加消息：成功返回0，失败返回-1int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);// 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
key参数为IPC_PRIVATE。
函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：
type == 0，返回队列中的第一个消息；
type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。
可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。
3、例子
下面写了一个简单的使用消息队列进行IPC的例子，服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来。
读取
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>#include <string.h>//int msgget(key_t key,int msgflg);//int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);//ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);struct msgbuf{long mtype;char mtext[128];};int main(){//1.huoqustruct msgbuf readBuf;key_t key;key = ftok(".",'a');//获取key值printf("key = %x\n",key);//打印16进制的keyint msgId = msgget(0x1236,IPC_CREAT|0777);//创建消息队列，并且返回队列IDif(msgId == -1){printf("get que failuer\n");}msgrcv(msgId,&readBuf,sizeof(readBuf.mtext),888,0);//读取消息：读取会成功返回消息数据的长度printf("read from que:%s\n",readBuf.mtext);struct msgbuf sendBuf = {988,"thank you for reach"};msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0);//添加消息：成功返回0，失败返回-1msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);//控制消息队列，IPC_RMID是将队列从内核中删除return 0;}
发送
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>#include <string.h>//int msgget(key_t key,int msgflg);//int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);//ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);struct msgbuf{//消息结构体long mtype;char mtext[128];};int main(){//1.huoqukey_t key;key = ftok(".",'a');//获取key值printf("key = %x\n",key);//打印16进制的key值struct msgbuf sendBuf = {888,"this is message from quen\n"};struct msgbuf readBuf;int msgId = msgget(0x1236,IPC_CREAT|0777);//创建消息队列if(msgId == -1){printf("get que failuer\n");}msgsnd(msgId,&sendBuf,sizeof(sendBuf.mtext),0);//添加消息msgrcv(msgId,&readBuf,sizeof(readBuf.mtext),988,0); //读取消息printf("read from get:%s\n",readBuf.mtext);msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);//控制消息队列，IPC_RMID是将队列从内核中删除return 0;}
四、共享内存
共享内存（Shared Memory），指两个或多个进程共享一个给定的存储区。
1、特点
共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
2、原型
#include <sys/shm.h>// 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1int shmget(key_t key, size_t size, int flag);// 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);// 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1int shmdt(void *addr); // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);
当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size,size大小是MB的倍数；而如果获取一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。
当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问。
shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。注意，这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已。
shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。
3、例子
共享内存用来传递数据；
write.c
#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <unistd.h>//int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);int main(){int shmid;//共享内存idchar *shmaddr;//指针指向挂载的共享内存key_t key;key = ftok(".",1);//获取键值shmid = shmget(key,1024*4,IPC_CREAT|0666);//创建共享内存成功后返回一个idif(shmid == -1){printf("shmget noOKN!\n");exit(-1);}shmaddr = shmat(shmid,0,0);//挂载共享内存，连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针printf("shmat OK!\n");strcpy(shmaddr,"hello, this is a write.");//写操作sleep(5);shmdt(shmaddr);//断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1，卸载shmctl(shmid,IPC_RMID,0);//控制共享内存的相关信息，删除共享内存printf("quit!\n");return 0;}
read.c
#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <unistd.h>//int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);int main(){int shmid;char *shmaddr;key_t key;key = ftok(".",1);//键值shmid = shmget(key,1024*4,0);//获取一个共享内存，if(shmid == -1){printf("shmget noOKN!\n");exit(-1);}shmaddr = shmat(shmid,0,0);//挂载printf("shmat OK!\n");printf("data:%s\n",shmaddr);//读取shmdt(shmaddr);//断开连接//在写程序有删除共享内存的代码，这里不需要重复写，shmctl(shmid,IPC_RMID,0);printf("quit!\n");return 0;}
五.信号
对于 Linux来说，实际信号是软中断，许多重要的程序都需要处理信号。信号，为 Linux 提供了一种处理异步事件的方法。比如，终端用户输入了 ctrl+c 来中断程序，会通过信号机制停止一个程序。
信号概述
每个信号都有一个名字和编号，这些名字都以“SIG”开头，例如“SIGIO ”、“SIGCHLD”等等。
信号定义在signal.h头文件中，信号名都定义为正整数。
具体的信号名称可以使用kill -l来查看信号的名字以及序号，信号是从1开始编号的，不存在0号信号。kill对于信号0又特殊的应用。
信号的处理有三种方法，分别是：忽略、捕捉和默认动作
忽略信号，大多数信号可以使用这个方式来处理，但是有两种信号不能被忽略（分别是 SIGKILL和SIGSTOP）。因为他们向内核和超级用户提供了进程终止和停止的可靠方法，如果忽略了，那么这个进程就变成了没人能管理的的进程，显然是内核设计者不希望看到的场景
捕捉信号，需要告诉内核，用户希望如何处理某一种信号，说白了就是写一个信号处理函数，然后将这个函数告诉内核。当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数，以此来实现某种信号的处理。
系统默认动作，对于每个信号来说，系统都对应由默认的处理动作，当发生了该信号，系统会自动执行。不过，对系统来说，大部分的处理方式都比较粗暴，就是直接杀死该进程。
其实对于常用的 kill 命令就是一个发送信号的工具，kill 9 PID来杀死进程。比如，我在后台运行了一个 top 工具，通过 ps 命令可以查看他的 PID，通过 kill 9 来发送了一个终止进程的信号来结束了 top 进程。如果查看信号编号和名称，可以发现9对应的是 9) SIGKILL，正是杀死该进程的信号。而以下的执行过程实际也就是执行了9号信号的默认动作——杀死进程。
kill 杀死进程
对于信号来说，最大的意义不是为了杀死信号，而是实现一些异步通讯的手段，那么如何来自定义信号的处理函数呢？
信号处理函数的注册
信号处理函数的注册不只一种方法，分为入门版和高级版
入门版：函数signal
高级版：函数sigaction
信号处理发送函数
信号发送函数也不止一个，同样分为入门版和高级版
1.入门版：kill
2.高级版：sigqueue
信号注册函数——入门版
在正式开始了解这两个函数之前，可以先来思考一下，处理中断都需要处理什么问题。
按照我们之前思路来看，可以发送的信号类型是多种多样的，每种信号的处理可能不一定相同，那么，我们肯定需要知道到底发生了什么信号。
另外，虽然我们知道了系统发出来的是哪种信号，但是还有一点也很重要，就是系统产生了一个信号，是由谁来响应？
如果系统通过 ctrl+c 产生了一个 SIGINT（中断信号），显然不是所有程序同时结束，那么，信号一定需要有一个接收者。对于处理信号的程序来说，接收者就是自己。
开始的时候，先来看看入门版本的信号注册函数，他的函数原型如下：
signal 的函数原型
#include <signal.h>typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
根据函数原型可以看出由两部分组成，一个是真实处理信号的函数，另一个是注册函数了。
对于sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);函数来说，signum 显然是信号的编号，handler 是中断函数的指针。
同样，typedef void (*sighandler_t)(int);中断函数的原型中，有一个参数是 int 类型，显然也是信号产生的类型，方便使用一个函数来处理多个信号.
#include <signal.h>#include <stdio.h>//typedef void(*sighandler_t)(int);//sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);void handler(int signum){printf("get signum=%d\n",signum);switch(signum){case 2:printf("SIGINT\n");break;case 9:printf("SIGKILL\n");break;case 10:printf("SIGUSR1\n");break;}printf("never quit!!!\n");}int main(){signal(SIGINT,handler);//让ctrl+c终止不了程序，可以使用kill -9 pid 杀死程序signal(SIGKILL,handler);signal(SIGUSR1,handler);while(1);return 0;}
发送命令
#include <signal.h>#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <stdlib.h>int main(int argc,char **argv )//传参{int signum;int pid;signum = atoi(argv[1]);//将argv[1]和argv[2]的asc码转化成整型数pid = atoi(argv[2]);printf("num = %d,pid = %d\n",signum,pid);kill(pid,signum);printf("send signal OK\n");return 0;}
信号注册函数——高级版
我们已经成功完成了信号的收发，那么为什么会有高级版出现呢？其实之前的信号存在一个问题就是，虽然发送和接收到了信号，可是总感觉少些什么，既然都已经把信号发送过去了，为何不能再携带一些数据呢？
正是如此，我们需要另外的函数来通过信号传递的过程中，携带一些数据。咱么先来看看发送的函数吧。
sigaction 的函数原型
#include <signal.h>int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);struct sigaction {void (*sa_handler)(int); //信号处理程序，不接受额外数据，SIG_IGN 为忽略，SIG_DFL 为默认动作void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用sigset_t sa_mask;//阻塞关键字的信号集，可以再调用捕捉函数之前，把信号添加到信号阻塞字，信号捕捉函数返回之前恢复为原先的值。int sa_flags;//影响信号的行为SA_SIGINFO表示能够接受数据};//回调函数句柄sa_handler、sa_sigaction只能任选其一
这个函数的原版帮助信息，可以通过man sigaction来查看。
sigaction 是一个系统调用，根据这个函数原型，我们不难看出，在函数原型中，第一个参数signum应该就是注册的信号的编号；第二个参数act如果不为空说明需要对该信号有新的配置；第三个参数oldact如果不为空，那么可以对之前的信号配置进行备份，以方便之后进行恢复。
在这里额外说一下struct sigaction结构体中的 sa_mask 成员，设置在其的信号集中的信号，会在捕捉函数调用前设置为阻塞，并在捕捉函数返回时恢复默认原有设置。这样的目的是，在调用信号处理函数时，就可以阻塞默写信号了。在信号处理函数被调用时，操作系统会建立新的信号阻塞字，包括正在被递送的信号。因此，可以保证在处理一个给定信号时，如果这个种信号再次发生，那么他会被阻塞到对之前一个信号的处理结束为止。
sigaction 的时效性：当对某一个信号设置了指定的动作的时候，那么，直到再次显式调用 sigaction并改变动作之前都会一直有效。
关于结构体中的 flag 属性的详细配置，在此不做详细的说明了，只说明其中一点。如果设置为 SA_SIGINFO 属性时，说明了信号处理程序带有附加信息，也就是会调用 sa_sigaction 这个函数指针所指向的信号处理函数。否则，系统会默认使用 sa_handler 所指向的信号处理函数。在此，还要特别说明一下，sa_sigaction 和 sa_handler 使用的是同一块内存空间，相当于 union，所以只能设置其中的一个，不能两个都同时设置。
关于void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void);处理函数来说还需要有一些说明。void是接收到信号所携带的额外数据；而struct siginfo这个结构体主要适用于记录接收信号的一些相关信息。
siginfo_t {intsi_signo; /* Signal number */intsi_errno; /* An errno value */intsi_code;/* Signal code */intsi_trapno; /* Trap number that causedhardware-generated signal(unused on most architectures) */pid_t si_pid;/* Sending process ID */uid_t si_uid;/* Real user ID of sending process */intsi_status; /* Exit value or signal */clock_t si_utime; /* User time consumed */clock_t si_stime; /* System time consumed */sigval_t si_value; /* Signal value */intsi_int;/* POSIX.1b signal */void *si_ptr;/* POSIX.1b signal */intsi_overrun; /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */intsi_timerid; /* Timer ID; POSIX.1b timers */void *si_addr;/* Memory location which caused fault */intsi_band;/* Band event */intsi_fd; /* File descriptor */}
其中的成员很多，si_signo 和 si_code 是必须实现的两个成员。可以通过这个结构体获取到信号的相关信息。
关于发送过来的数据是存在两个地方的，sigval_t si_value这个成员中有保存了发送过来的信息；同时，在si_int或者si_ptr成员中也保存了对应的数据。
那么，kill 函数发送的信号是无法携带数据的，我们现在还无法验证发送收的部分，那么，我们先来看看发送信号的高级用法后，我们再来看看如何通过信号来携带数据吧。
信号发送函数——高级版
#include <signal.h>int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);union sigval {int sival_int;void *sival_ptr;};
使用这个函数之前，必须要有几个操作需要完成
使用 sigaction 函数安装信号处理程序时，制定了 SA_SIGINFO 的标志。
sigaction 结构体中的 sa_sigaction 成员提供了信号捕捉函数。如果实现的时 sa_handler 成员，那么将无法获取额外携带的数据。
sigqueue 函数只能把信号发送给单个进程，可以使用 value 参数向信号处理程序传递整数值或者指针值。
sigqueue 函数不但可以发送额外的数据，还可以让信号进行排队（操作系统必须实现了 POSIX.1的实时扩展），对于设置了阻塞的信号，使用 sigqueue 发送多个同一信号，在解除阻塞时，接受者会接收到发送的信号队列中的信号，而不是直接收到一次。
但是，信号不能无限的排队，信号排队的最大值受到SIGQUEUE_MAX的限制，达到最大限制后，sigqueue 会失败，errno 会被设置为 EAGAIN。
#include <stdio.h>#include <signal.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>//int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);//信号处理发送函数void handler(int signum,siginfo_t *info,void *context){printf("get signum %d\n",signum);if(context != NULL){//读取信息printf("get data = %d\n",info->si_int);printf("get data = %d\n",info->si_value.sival_int);printf("from:%d\n",info->si_pid);}}int main(){struct sigaction act;printf("pid = %d\n",getpid());act.sa_sigaction = handler;act.sa_flags = SA_SIGINFO;//可读取信息SA_SIGINFOsigaction(SIGUSR1,&act,NULL);//注册while(1);return 0;}
发送命令
#include <stdio.h>#include <signal.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>int main(int argc,char **argv){int signum;int pid;signum = atoi(argv[1]);//ASCII转化为整型pid = atoi(argv[2]);union sigval value;//联合体，包含携带信息value.sival_int = 666;//int sigqueue(pid_t pid,int sig,const union sigval value);sigqueue(pid,signum,value);//信号发送函数printf("pid %d,done\n",getpid());return 0;}
