Author : Cyan_RA9
Source : 【卡码笔记】网站
Question : 进程间有哪些通信方式？
【简要回答】
- 信号量机制（Semaphore）：进程通过P / V操作控制信号量，可以有效地解决同步和互斥问题；信号量机制适合需要同步的场景，如避免竞争条件和死锁。
- 共享存储机制（Shared Memory）：共享内存是一种高效的进程间通信方式，允许多个进程直接访问同一块内存区域。共享存储机制适合需要高效数据传输的场景。
- 消息传递机制（Message Passing）：消息传递机制需要操作系统内核的支持，通过消息队列 或 信箱传递数据，消息以数据块的形式传输。消息传递机制支持不同类型的数据，适用于无关进程之间的通信。
- 管道通信机制（Pipeline）：管道通信机制适合进程间的简单数据传输，其又可细分为两类——①匿名管道：半双工通信，适用于父子进程或兄弟进程；②命名管道：具有文件名，适用于无关进程。
- 套接字机制（Socket）：Socket（套接字）是一种网络通信机制，可以在不同主机上的进程之间进行通信；Socket机制适合分布式系统和网络通信。
【详细回答】
- 信号量机制（Semaphore）：信号量是一种同步通信机制，用于控制多个进程对共享资源的访问；信号量支持两种原子操作：P()（等待）和V()（信号）。
- 共享存储机制（Shared Memory）：共享存储机制又可细分为两种方式——①共享数据结构的通信方式：进程间共享同一个数据结构，编程人员需要考虑进程间的同步互斥问题，传输效率低；②共享存储区的通信方式：操作系统在内存中开辟一块共享存储区，多个进程可以对该内存区域进行读写，传输效率高。当进程希望对共享存储区进行存取时，会将自己的虚地址空间映射到共享存储区，并向操作系统提出申请。
- 消息传递机制（Message Passing）：进程之间可以调用由操作系统实现的通信命令来传递消息；实现消息传递即分别实现Send 和 Receive两个原语，用于消息的发送和接收。消息传递机制又可细分为两类——①直接通信方式：发送进程直接将消息发送给接收进程，将信息挂载到接收进程的消息队列上，接收进程从自己的消息队列中获取信息；②间接通信方式：操作系统额外创建一片空间用于存储各种消息，类似一个信箱，发送进程和接收进程依靠这个中间实体实现信息的发送和接收，这种方式也被称为 “信箱通信模式”，在计算机网络中被广泛运用。
- 管道通信机制（Pipeline）：管道机制又可细分为两种类型——
①匿名管道：即我们平时所说的“管道”通信，它使用一种共享文件来实现进程间通信，这种共享文件被称为“管道” 或 “pipe文件”，可以连接一个读进程和一个写进程。写进程以字节流的形式，将数据送入管道，读进程通过管道将数据读出。匿名管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，适用于父子进程或兄弟进程之间的通信；在UNIX/Linux系统中，使用pipe()系统调用创建匿名管道。
②命名管道（Named Pipe/FIFO）：一种特殊的管道，具有文件名，可以在无关进程之间使用；在UNIX/Linux系统中，使用mkfifo()系统调用创建命名管道。 - 套接字机制（Socket）：Socket是一种网络通信机制，支持不同主机上的进程之间进行通信。Socket支持网络通信，适用于分布式系统，其通信方式可以是面向连接的（如TCP），也可以是无连接的（如UDP）。
【知识拓展】
- 操作系统实现管道机制，需要提供三种机制——①同步机制；②互斥机制；③通信进程间确定对方存在的机制。
- 管道具有以下特点：
- 同步：写进程向管道中写入一定量数据后，会进入阻塞状态，等待读进程将数据读出后将其唤醒；读进程在将管道中数据读完后，也会进入阻塞状态，等待写进程对管道写操作完毕后将其唤醒。
- 互斥：当有一个进程在对一个管道读/写时，其他想要读/写该管道的进程必须等待。
- 管道需要通信双方确定对方的存在，否则会陷入阻塞。
- 管道是一个固定大小的 缓冲区（如4KB），在内核中实现，其大小不受磁盘大小的影响。
- 管道的实质是一个共享文件，读进程将管道视为输出文件，写进程将管道视为输入文件，因此管道通信机制可以利用文件系统机制实现。
- 读数据操作是一次性的，管道中的数据一旦被读取就会被抛弃。
- 管道是半双工通信的，某一时刻，数据只能单向传输，若希望实现双向传输（即全双工通信），可以使用两个管道。
- 当多个进程读写同一个管道时，可能会出现读写错乱，解决方案——
- 一个管道允许多个写进程，一个读进程；
- 允许有多个写进程，多个读进程，但系统会让各个读进程轮流从管道中读数据。
