1 管道

1.1 特點

• 生產者/消費者模型
• 半雙工：雙向，每次都能朝一個方向傳輸數據
• 管道作為一組VFS對象，可以使用VFS通用結構訪問（比如讀寫）；管道被組織為pipefs這種特殊文件系統，在系統目錄樹沒有安裝點，用戶看不到它們
• 管道創建后，返回一對文件描述符，分別用來讀和寫；然后通過fork()系統調用把這對描述符傳給子進程，實現父子進程的管道通信
• 管道創建后，可以被任意進程使用，但是因為其半雙工工作模式，如果有多個進程對其訪問，必須加鎖
• 管道創建的系統調用為pipe()，C函數庫中，popen()和pclose()封裝了管道相關的系統調用，更加方便

1.2 典型應用

ls | grep xxx

“|”可以創建管道；第一個子進程ls的標準輸出被“|”重定向管道中；第二個子進程grep從管道讀取數據作為輸入，以替代標準輸入，完成grep操作；grep的輸出默認為標準輸出。

1.3 管道數據結構

管道也是文件，可以通過VFS系統調用來訪問管道，因此對于每個管道，應該有：一個索引節點對象 + 兩個文件對象（讀寫）；

如果一個索引節點表示管道，其i_pipe成員指向struct pipe_inode_info結構：

• struct wait_queue *wait：管道/FIFO 等待隊列，里面是等待讀寫的進程
• struct pipe_buffer[] bufs：管道緩沖區描述符數組，里面包含寫入管道待讀出的數據
• unsigned int curbuf：待讀數據所在的緩沖區索引
• unsigned nrbufs：包含待讀數據的緩沖區數量，curbuf + nrbufs得到首個可寫緩沖區

1.4 從管道中讀數據

從一個管道中讀取n個字節（阻塞讀）

對于阻塞讀，如果管道為空 && 沒有寫進程，會返回已經拷貝的字節數，不會等待；

對于非阻塞讀，立刻拷貝并返回結果（拷貝的字節數），并不會關心有無寫進程。

1.5 向管道中寫數據

把n個字節寫入管道（阻塞寫）

如果管道緩沖區大小不足，且沒有讀進程，直接返回。

2 FIFO（命名管道）

1.2 特點

• 生產者/消費者模型
• 與管道不同的是：FIFO具有文件名且包含在系統目錄樹中；是一種全雙工通信
• 因為存在文件名，所以可以被任意進程通過文件名訪問

3 System V IPC

• Interprocess Communication，進程間通信
• IPC資源包括信號量、消息隊列和共性內存，可以由任一進程訪問
• 統一使用IPC數據結構，進程請求IPC資源時創建IPC數據結構

關于共享內存：

• 最高效的進程通信形式
• 允許多個進程共享內存
• 進程訪問共享內存時，需要在自己的地址空間新增內存區，該內存區將與共享內存物理頁框映射
• shmat()函數把一個共享內存區attach到進程上，返回內存區起始線性地址；shmat()不修改進程的頁表
• 共享內存區缺省限制：最大數量4096，每個共享內存塊最大32MB，所有共享內存區的最大字節數8GB —— 這些限制可以調整
• 每個IPC共享內存區屬于shm特殊文件系統，在系統目錄樹沒有安裝點，因此用戶不能通過VFS打開訪問它的文件

4 POSIX消息隊列

IPC屬于內核提供給用戶進程的進程間通信方法，其中包括消息隊列；

POSIX消息隊列屬于基于POSIX標準接口的消息隊列，基于消息隊列實現，具有很多優點：

• 更簡單的基于文件的應用接口
• 完全支持消息優先級
• 完全支持消息到達的異步通知
• 完善的超時機制

5 套接字

• server-client模型
• 適用于不同計算機通過網絡交換數據