UNIX进程间通信（IPC）详解

### 一、消息传递

#### 管道（Pipe）

管道是一种用于有亲缘关系进程之间单向数据流传输的通信方式。通过`pipe(int fd[2])`函数创建管道，返回两个文件描述符：fd[0]用于读取，fd[1]用于写入。父进程创建管道后，通过`fork()`创建子进程，父子进程共享同一管道。为了实现单向通信，通常关闭不需要的描述符；若需双向通信，则可通过两个管道实现。

示例代码展示了如何创建管道并进行父子进程间的通信。此外，还介绍了一个开源工具Webbench中使用的管道通信。

#### 有名管道（FIFO）

FIFO提供了一种命名管道机制，允许无亲缘关系的进程间通信。每个FIFO都有一个路径名，创建时需要调用`mkfifo()`函数。打开FIFO时，需要注意阻塞行为，可以通过设置非阻塞标志`O_NONBLOCK`来避免。

FIFO具有原子性写入特性，确保小数据包的完整性。当最后一个打开的文件描述符被关闭时，FIFO中的数据将被丢弃。

#### 消息队列

##### Posix消息队列

Posix消息队列是基于内核的消息链表，支持异步通知功能。消息按优先级排序，最高优先级最早到达的消息优先处理。主要API包括`mq_open()`、`mq_send()`、`mq_receive()`等。创建消息队列时可以指定最大消息数和消息长度。

##### System V消息队列

System V消息队列通过标识符访问，适用于较旧的应用程序。它提供了更灵活的消息选择机制，但不推荐新程序使用。

### 二、同步

#### 互斥锁和条件变量

互斥锁用于保护临界区，保证同一时刻只有一个线程执行；条件变量用于等待特定条件满足后再继续执行。两者结合使用可有效管理多线程环境下的资源竞争问题。

#### 读写锁

读写锁区分读操作和写操作，允许多个线程同时读取，但在写入时必须独占锁。适用于读多写少的场景。

#### 信号量

Posix信号量分为有名信号量和无名信号量，前者通过名称访问，后者通过内存地址访问。信号量用于控制多个进程或线程对共享资源的访问。

### 三、共享内存

共享内存是最快的IPC形式之一，允许多个进程直接访问同一块内存区域。为防止竞争条件，通常需要配合其他同步机制使用。

#### 内存映射文件

通过`mmap()`函数将文件映射到内存空间，简化文件读写操作。此方法不仅可用于文件I/O，还可以实现进程间共享内存。

#### Posix共享内存

Posix共享内存对象可以通过`shm_open()`创建，并通过`mmap()`映射到内存。其大小可以在任何时候调整，灵活性较高。

#### System V共享内存

System V共享内存创建后大小固定，不能动态调整。主要用于传统应用程序。

### 参考

- 《UNIX网络编程卷2：进程间通信》
- IPC分类
- Poxis消息队列
- System V消息队列
- 文件映射