Linux程序間通訊的幾種方式總結--linux核心剖析（七）
程序間通訊概述
程序通訊的目的
資料傳輸
一個程序需要將它的資料傳送給另一個程序，傳送的資料量在一個位元組到幾M位元組之間共享資料
多個程序想要操作共享資料，一個程序對共享資料通知事
一個程序需要向另一個或一組程序傳送訊息，通知它（它們）發生了某種事件（如程序終止時要通知父程序）。資源共享
多個程序之間共享同樣的資源。為了作到這一點，需要核心提供鎖和同步機制。程序控制
有些程序希望完全控制另一個程序的執行（如Debug程序），此時控制程序希望能夠攔截另一個程序的所有陷入和異常，並能夠及時知道它的狀態改變。
Linux 程序間通訊（IPC）的發展
linux下的程序通訊手段基本上是從Unix平臺上的程序通訊手段繼承而來的。而對Unix發展做出重大貢獻的兩大主力AT&T的貝爾實驗室及BSD（加州大學伯克利分校的伯克利軟體釋出中心）在程序間通訊方面的側重點有所不同。
前者對Unix早期的程序間通訊手段進行了系統的改進和擴充，形成了“system V IPC”，通訊程序侷限在單個計算機內；
後者則跳過了該限制，形成了基於套介面（socket）的程序間通訊機制。
Linux則把兩者繼承了下來
早期UNIX程序間通訊
基於System V程序間通訊
基於Socket程序間通訊
POSIX程序間通訊。
UNIX程序間通訊方式包括：管道、FIFO、訊號。
System V程序間通訊方式包括：System V訊息佇列、System V訊號燈、System V共享記憶體
POSIX程序間通訊包括：posix訊息佇列、posix訊號燈、posix共享記憶體。
由於Unix版本的多樣性，電子電氣工程協會（IEEE）開發了一個獨立的Unix標準，這個新的ANSI Unix標準被稱為計算機環境的可移植性作業系統介面（PSOIX）。現有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX標準的，而Linux從一開始就遵循POSIX標準；
BSD並不是沒有涉足單機內的程序間通訊（socket本身就可以用於單機內的程序間通訊）。事實上，很多Unix版本的單機IPC留有BSD的痕跡，如4.4BSD支援的匿名記憶體對映、4.3+BSD對可靠訊號語義的實現等等。
linux使用的程序間通訊方式
管道（pipe）,流管道(s_pipe)和有名管道（FIFO）
訊號（signal）
訊息佇列
共享記憶體
訊號量
套接字（socket)
管道( pipe )
管道這種通訊方式有兩種限制，一是半雙工的通訊，資料只能單向流動，二是隻能在具有親緣關係的程序間使用。程序的親緣關係通常是指父子程序關係。
流管道s_pipe: 去除了第一種限制,可以雙向傳輸.
管道可用於具有親緣關係程序間的通訊，命名管道:name_pipe克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關係程序間的通訊；
訊號量( semophore )
訊號量是一個計數器，可以用來控制多個程序對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機制，防止某程序正在訪問共享資源時，其他程序也訪問該資源。因此，主要作為程序間以及同一程序內不同執行緒之間的同步手段。
訊號是比較複雜的通訊方式，用於通知接受程序有某種事件發生，除了用於程序間通訊外，程序還可以傳送訊號給程序本身；linux除了支援Unix早期訊號語義函式sigal外，還支援語義符合Posix.1標準的訊號函式sigaction（實際上，該函式是基於BSD的，BSD為了實現可靠訊號機制，又能夠統一對外介面，用sigaction函式重新實現了signal函式）；
訊息佇列( message queue )
訊息佇列是由訊息的連結串列，存放在核心中並由訊息佇列識別符號標識。訊息佇列克服了訊號傳遞資訊少、管道只能承載無格式位元組流以及緩衝區大小受限等缺點。
訊息佇列是訊息的連結表，包括Posix訊息佇列system V訊息佇列。有足夠許可權的程序可以向佇列中新增訊息，被賦予讀許可權的程序則可以讀走佇列中的訊息。訊息佇列克服了訊號承載資訊量少，管道只能承載無格式位元組流以及緩衝區大小受限等缺點。
訊號 ( singal )
訊號是一種比較複雜的通訊方式，用於通知接收程序某個事件已經發生。
主要作為程序間以及同一程序不同執行緒之間的同步手段。
共享記憶體( shared memory )
共享記憶體就是對映一段能被其他程序所訪問的記憶體，這段共享記憶體由一個程序建立，但多個程序都可以訪問。共享記憶體是最快的 IPC 方式，它是針對其他程序間通訊方式執行效率低而專門設計的。它往往與其他通訊機制，如訊號量，配合使用，來實現程序間的同步和通訊。
使得多個程序可以訪問同一塊記憶體空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通訊機制執行效率較低而設計的。往往與其它通訊機制，如訊號量結合使用，來達到程序間的同步及互斥。
套接字( socket )
套解口也是一種程序間通訊機制，與其他通訊機制不同的是，它可用於不同機器間的程序通訊
更為一般的程序間通訊機制，可用於不同機器之間的程序間通訊。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支援套接字。
程序間通訊各種方式效率比較
| 型別 | 無連線 | 可靠 | 流控制 | 記錄訊息型別 | 優先順序 |
|---|---|---|---|---|---|
| 普通PIPE | N | Y | Y | N | |
| 流PIPE | N | Y | Y | N | |
| 命名PIPE(FIFO) | N | Y | Y | N | |
| 訊息佇列 | N | Y | Y | Y | |
| 訊號量 | N | Y | Y | Y | |
| 共享儲存 | N | Y | Y | Y | |
| UNIX流SOCKET | N | Y | Y | N | |
| UNIX資料包SOCKET | Y | Y | N | N |
注:無連線: 指無需呼叫某種形式的OPEN,就有傳送訊息的能力流控制:
如果系統資源短缺或者不能接收更多訊息,則傳送程序能進行流量控制
各種通訊方式的比較和優缺點
管道：速度慢，容量有限，只有父子程序能通訊
FIFO：任何程序間都能通訊，但速度慢
訊息佇列：容量受到系統限制，且要注意第一次讀的時候，要考慮上一次沒有讀完資料的問題
訊號量：不能傳遞複雜訊息，只能用來同步
共享記憶體區：能夠很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一個程序在寫的時候，另一個程序要注意讀寫的問題，相當於執行緒中的執行緒安全，當然，共享記憶體區同樣可以用作執行緒間通訊，不過沒這個必要，執行緒間本來就已經共享了同一程序內的一塊記憶體
如果使用者傳遞的資訊較少或是需要通過訊號來觸發某些行為．前文提到的軟中斷訊號機制不失為一種簡捷有效的程序間通訊方式．
但若是程序間要求傳遞的資訊量比較大或者程序間存在交換資料的要求，那就需要考慮別的通訊方式了。
無名管道簡單方便．但侷限於單向通訊的工作方式．並且只能在建立它的程序及其子孫程序之間實現管道的共享：
有名管道雖然可以提供給任意關係的程序使用．但是由於其長期存在於系統之中，使用不當容易出錯．所以普通使用者一般不建議使用。
訊息緩衝可以不再侷限於父子程序，而允許任意程序通過共享訊息佇列來實現程序間通訊，並由系統呼叫函式來實現訊息傳送和接收之間的同步，從而使得使用者在使用訊息緩衝進行通訊時不再需要考慮同步問題，使用方便，但是資訊的複製需要額外消耗CPU的時間，不適宜於資訊量大或操作頻繁的場合。
共享記憶體針對訊息緩衝的缺點改而利用記憶體緩衝區直接交換資訊，無須複製，快捷、資訊量大是其優點。
但是共享記憶體的通訊方式是通過將共享的記憶體緩衝區直接附加到程序的虛擬地址空間中來實現的，因此，這些程序之間的讀寫操作的同步問題作業系統無法實現。必須由各程序利用其他同步工具解決。另外，由於記憶體實體存在於計算機系統中，所以只能由處於同一個計算機系統中的諸程序共享。不方便網路通訊。
共享記憶體塊提供了在任意數量的程序之間進行高效雙向通訊的機制。每個使用者都可以讀取寫入資料，但是所有程式之間必須達成並遵守一定的協議，以防止諸如在讀取資訊之前覆寫記憶體空間等競爭狀態的出現。
不幸的是，Linux無法嚴格保證提供對共享記憶體塊的獨佔訪問，甚至是在您通過使用IPC_PRIVATE建立新的共享記憶體塊的時候也不能保證訪問的獨佔性。 同時，多個使用共享記憶體塊的程序之間必須協調使用同一個鍵值。