管道、消息队列、共享内存、信号量、信号、socket
要知道管道、消息队列、共享内存的本质：内存本质、效率以及传输数据要求，各种使用方式
一、管道
管道通信效率低，不适合进程间频繁地交换数据。好处，简单，很容易得知已被另一进程读
匿名管道，通信范围存在父子关系进程。没有管道文件，只能 fork 复制父进程 fd 文件描述符来通信
命名管道，不相关进程间也能相互通信。因为命令管道，提前创建管道类型设备文件，只要用这个文件，就可通信
相同：都在缓存内核中读写，先进先出，不支持 lseek 之类文件定位操作
1、匿名管道
$ ps auxf | grep mysql 用完就销毁
| 就是一个管道，将前一个命令（ps auxf）输出，作为后一命令（grep mysql）输入，管道传数据是单向，如相互通信，要两个
2、命名管道FIFO
$ mkfifo myPipe(名) 用前要mkfifo 命令创建，指定管道名，数据先进先出
1)基于“Linux一切皆文件”，管道也文件，ls 看，文件类型是 p，就是 pipe（管道） 意思
2)往 myPipe 写入数据：因为内容没被读，只有读后，命令才正常退出
3）读出了，echo 命令正常退出
3、创建原理
1）匿名管道创建， 通过 int pipe(intfd[2]) 系统调用：
两个描述符：管道读取端 fd[0]，写入端 fd[1]。ps：匿名管道是特殊文件，只在内存，不存文件系统
2）管道，就是内核里一串缓存。读写都在缓存内核中，传数据是无格式的流且大小受限
3）跨进程通信实现：fork 创建子进程，复制父进程文件描述符，两个进程各有两个「 fd[0] 与 fd[1]」，通过各自fd 读写同一管道文件
4）避免混乱：父进程：关读 fd[0]，保留写fd[1] 子进程：关写 d[1]，保留读fd[0]
所以，双向通信，应两个管道
5）到这里，仅解析父子进程通信，但shell 里面并不是这样
shell 里：执行 A | B命令时，都是 shell 创建的子进程，不存父子关系，父进程都是 shell
ps：shell 里能使用一个管道搞定的事情，就不要多用一个管道，减少创建子进程开销
二、消息队列
解决频繁地交换数据问题，内核中的消息链表
1、发时，分成一个个消息体（数据块），用户自定义数据类型，固定大小，不像管道是无格式字节流数据。读后，内核删除消息体
2、生命周期：随内核，没有释放消息队列或没关闭操作系统，管道随进程结束销毁
3、不足：通信不及时，大小限制
用户态与内核态间数据拷贝开销：写数据到内核队列时，从用户态拷到内核态过程，读同理，从内核到用户
不适合大数据传输，消息体、队列总长都有限制。Linux 内核中有MSGMAX 和 MSGMNB 消息和队列最大长，字节为单位
三、共享内存
解决 用户态与内核间的消息拷贝
1、内存管理：进程有自己独立的虚拟内存空间，不同进程的虚拟内存映射到不同物理内存中。即使进程 A B 虚拟地址一样，其实访问的是不同的物理内存地址，对于数据的增删查改互不影响。
2、共享内存机制：就是拿出一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。这样写入，另一进程马上能看到，不需拷贝，传来传去，提高通信速度
四、信号量
共享内存问题，同时修改同一共享内存，冲突。信号量解决
信号量：整型计数器，表示资源的数量，实现进程间互斥与同步，而不是用于缓存进程间通信数据
1、控制信号量两种原子操作：
1)P 操作，减 -1，减后：< 0，被占用，进程阻塞等待； >= 0可用，继续执行
2)V 操作，加 1， <= 0，有阻塞唤醒运行； > 0，没有阻塞
P 在进入共享资源之前，V 离开后，成对出现
2、例：两进程互斥访问共享内存，初始化信号量1
先P 操作，信号量变 0，可用，访问共享内存
此时B 也访问， P 操作， -1被阻塞。
A 完V 操作，恢复为 0，唤醒阻塞中B，B 完成执行 V，恢复1
例2，A 负责生产数据，B 是负责读，有顺序。初始化信号量可为 0
五、信号
上面都是常规工作模式。异常用「信号」通知进程，唯一异步通信机制。ps：跟信号量虽然名字相似，用途完全不一样
1、Linux 操作系统， 为响应各种各样事件，提供几十种信号， kill -l 命令，查看所有
2、给进程发送信号
终端输入组合键： Ctrl+C 产生 SIGINT 信号，终止进程；
Ctrl+Z 产生 SIGTSTP 信号，停止进程，未结束；
如果进程在后台运行，用kill+PID 号 kill -9 1050 ，立即结束
3、进程对信号处理方式
1）执行默认操作：Linux 对每种信号规定默认操作，SIGTERM 信号，终止。Core Dump，终止进程后，通过Core Dump 将当前进程的运行状态保存在文件里，方便事后分析
2.捕捉信号：定义信号处理函数。信号发生，执行相应函数
3.忽略信号。不做任何处理。SIGKILL 和 SEGSTOP无法捕捉和忽略，用于任何时候中断或结束某一进程。
六、Socket
跨网络与不同主机上进程间通信（也可同主机），要 Socket
1、创建 socket 系统调用
int socket(int domain,int type, int protocal)
domain：协议族，如 AF_INET 用于 IPV4、AF_INET6 用于 IPV6、AF_LOCAL/AF_UNIX 用于本机；
type ：通信特性，如 SOCK_STREAM 表示字节流，对应 TCP、SOCK_DGRAM 表示数据报，对应 UDP、SOCK_RAW 表示原始套接字；
protocal （基本废弃）：写成 0 即可，原本是用来指定通信协议的，通过前两个完成
2、不同socket 类型，通信方式不同
实现 TCP 字节流通信：socket 是 AF_INET 和 SOCK_STREAM；
实现 UDP 数据报通信：socket 是 AF_INET 和 SOCK_DGRAM；
实现本地进程间通信：「本地字节流 socket 」类型是 AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM，「本地数据报 socket 」类型是 AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。ps：AF_UNIX 和 AF_LOCAL 是等价的，所以 AF_UNIX 也属于本地 socket；
3、三种通信编程模式
(1)TCP 协议通信socket 编程模型
1)服务端和客户端初始化 socket，得到文件描述符；
2)服务端调bind，绑定IP 地址和端口; 调listen监听；调accept，等待客户端连接；
3)客户端调connect，向服务器端的地址和端口发起连接请求；
4)服务端 accept 返回用于传输的 socket 文件描述符；ps：连接成功返回已完成连接socket，通过read 和 write 读写，像往文件流里面写东西一样
5)客户端调 write 写入数据；服务端调用 read 读取数据；
6)客户端断开连接时，调用 close，那么服务端 read 读取数据时，读到EOF，处理完close
监听socket 和 真正传数据socket(已完成连接 socket)，是「两个」 socket
(2)针对 UDP 协议通信的 socket 编程模型
1）只要 IP 地址和端口号、bind，UDP没连接，不需要三次握手，不需像 TCP 调listen 和 connect，。
2）每次通信，调sendto 和 recvfrom，传入目标主机的 IP 地址和端口
(3)本地进程间通信socket 编程模型
用于同一主机通信的，
1）接口和 IPv4 、IPv6 套接字编程一致，支持「字节流」和「数据报」两种协议；效率大大高于 IPv4 和 IPv6 字节流、数据报 socket 实现；
本地字节流 socket，socket 类型AF_LOCAL 和 SOCK_STREAM。
本地数据报 socket，AF_LOCAL 和 SOCK_DGRAM。
2）两个bind 时，绑定一个本地文件，不像 TCP 和 UDP 要绑定 IP 地址和端口，最大区别
总结
每个进程都共享一个内核空间，来通信
1、Linux 内核提供「匿名管道」和「命名管道」：都写入缓存在内核中，另一个进程也从内核读，先进先出，不支持 lseek 文件定位
匿名：「|」竖线就是匿名管道，通信数据无格式的流并且大小受限，单向，双向要建两个管道，只能用于父子关系通信，随着进程创建而建，终止而消失
命名管道：突破父子限制，使用前提，要文件系统创建类型 p 的设备文件。
2、消息队列：解决管道无格式的字节流的问题，实际是保存在内核「消息链表」，用户可自定义消息体，发时被分成，一个个独立消息体，接时保持一致，不是最及时的，读写要经过用户态与内核态之间的拷贝过程。
3、共享内存：解决拷贝开销，直接分配共享空间，进程可直接访问，提高速度，缺点：多进程竞争同个共享资源错乱
4、信号量：实现互斥访问。实际是计数器(资源个数)，P 和 V 操作控制
5、信号：唯一异步通信机制，在应用进程和内核间直接交互，内核用信号来通知用户，进程发生了哪些系统事件，三种方式响应信号 1. 执行默认操作、2. 捕捉信号、3. 忽略信号。ps：SIGKILL 和 SEGSTOP无法捕捉和忽略，方便任何时候结束进程
6、Socket：与不同主机的进程间通信，那么就需要 通信了。根据Socket不同类型，分为三种通信方式， TCP、UDP、本地进程间
https://mp.weixin.qq.com/s/MnIcTR0KKpgnSoA3xaPUSA
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