程序間通訊IPC

程序間通訊是多程序協作的基礎，利用多程序協作，我們可以將功能模組化，增強模組間的隔離，以及提高容錯能力。

程序間通訊的乙個重要功能就是在程序間傳遞資料，「訊息」就是ipc中常用的資料傳遞方式。

訊息的傳遞一般需要乙個中間人，一般可分為兩種形式：

經典的記憶體通訊方式由管道、訊息佇列、訊號量，共享記憶體、訊號機制，以及套接字。接下來主要介紹由作業系統輔助的通訊。

管道是兩個程序間的一條通道，一端負責投遞，一端負責接收。所以如果要實現雙向通訊，需要兩個管道。

管道的通訊訊息是位元組流，所以需要應用自己去解析訊息資料，

具體實現上，unix系統會把管道當作乙個檔案，核心為使用者態提供管道的檔案描述符。不過實際上，管道不會使用儲存裝置，而是使用記憶體作為乙個資料的緩衝區

命名管道和匿名管道的區別在於建立方式。匿名管道通過pipe系統呼叫建立。在建立時程序只會拿到兩個檔案描述符，所以通常情況下，只是結合fork使用，也就是父程序與子程序間的通訊

命名管道通過mkfifo命令建立。在建立時會指定乙個全域性檔名。這樣就適合任意程序間的通訊

訊息佇列支援多個傳送者和接收者，傳送和接收的介面是核心提供的。當建立訊息佇列時，核心將從系統記憶體中分配乙個佇列資料結構，作為訊息佇列的核心物件。訊息佇列以鍊錶的形式管理，每個節點中，包含了資料以及型別標誌，型別的具體意義需要使用者態程式自己管理。

訊息佇列一般被抽象為4個操作：msgget（獲取已有訊息佇列的連線，或者建立），msgsnd（傳送訊息），msgrcv（接收訊息），msgctl（管理訊息佇列）。可以設定傳送和接收訊息是否為阻塞的。

訊息佇列存放在核心中，只有在核心重啟(即，作業系統重啟)或者顯示地刪除乙個訊息佇列時，該訊息佇列才會被真正的刪除。

訊號量在實際中主要作用是程序間的同步。管道，訊息佇列等可以傳遞資料但是不提供強制同步機制。

訊號量一般來說只有乙個共享的整型計數器，由核心維護，對訊號量的操作需要經過核心的系統呼叫。

對訊號量的主要操作是p,v原語。這兩個操作是原子的

通過訊號量，可以實現程序間的互斥以及同步

如果要實現互斥，可設訊號量mutex，初始值為1，在進入臨界區之前執行p（mutex)，在臨界區之後執行v（mutex），pv操作必須成對出現。這類似於加鎖，而鎖只有一把，實現了互斥性。

如果要實現同步，可設訊號量semaphore s= 0 。假設要求a步驟在前，b步驟在後，則可在a操作後執行v（s）, 在b操作前執行p（s）。p,v操作由不同的程序分別執行，這樣可保證a,b操作的順序性。至於原因，可以通過上述p,v操作具體實現進行推導易得。

訊號提供了單向的事件通知能力。訊號量也有通知能力，但是需要程序主動去查詢計數器狀態或者陷入阻塞。使用訊號，乙個程序可以隨時傳送乙個事件到特定的程序、執行緒或者程序組，並且接收訊號的程序不需要阻塞，核心會幫助切換到其對應的訊號處理函式，並在處理完之後恢復之前的上下文。

linux核心會為每個程序和執行緒準備乙個訊號事件等待佇列。乙個程序內的執行緒共享程序的等待佇列，並且有自己私有的佇列。

linux還提供了系統呼叫sigprocmask，允許使用者程式設定對特定訊號的阻塞狀態。當乙個訊號被阻塞，linux將不會觸發這個訊號對應的處理函式，直到該訊號被解除阻塞、（但是有很多訊號是不能被阻塞的，例如使用者使用crtl+c 殺死乙個程序）。

訊號被處理的時機通常是記憶體執行完異常、中斷、系統呼叫等返回使用者態的時刻。這時，核心會檢查乙個狀態來判斷是否有訊號需要處理。

特別注意，訊號處理函式需要是可重入的，使用者自己實現時需要注意。

套接字是又可以用於本地，又可以用於網路的通訊機制。在本地通訊時，一般利用本地回環ip(127.0.0.1),不同的程序繫結不同的埠。

套接字可以利用不同的協議，例如：