一、進程通信
1、進程間通信的作用
進程間需要數據傳輸、資源共享和事件通知。
2、進程間通信的方式
進程間通信主要包括管道，系統ipc（包括消息隊列，信號量，共享存儲），socket。
管道通信（無名管道和命名管道）
信號通信
內存資源共享
消息隊列
信號量
集合上述兩種從物理和內容方式的劃分，可以這樣理解上圖：
（1）同主機進程間數據交互機制：無名管道（PIPE）、有名管道（FIFO）、消息隊列（Message Queue）和共享內存（Shared Memory）。
（2）同主機進程間同步通信機制：信號量（Semaphore）。
（3）同主機進程間異步通信機制：信號（Signal）。
（4）不同主機間進程數據交互機制：套接字（Socket）、遠程調用RPC（Remote Procedure Call）。
進程通信方式如下圖：
二、管道
管道是單向的、先進先出的，它把一個進程的輸出和另一個進程的輸入連接在一起。一個進程（寫進程）在管道的尾部寫入數據，另一個進程（讀進程）在管道的頭部讀出數據。數據被一個進程讀出後，將被從管道中刪除，其它讀進程將再不能讀到這些數據。管道提供了簡單的流控制機制，進程試圖讀空管道時，進程將阻塞。同樣，管道已經滿時，進程再試圖向管道寫入數據，進程將阻塞。
1、管道的實現原理
（1 ）Linux管道的實現機制
在Linux中，管道是一種使用非常頻繁的通信機制。從本質上說，管道也是一種文件，但它又和一般的文件有所不同，管道可以克服使用文件進行通信的兩個問題，具體表現爲：
· 限制管道的大小。實際上，管道是一個固定大小的緩衝區。在Linux中，該緩衝區的大小爲1頁，即4K（這裏現在爲65536byte）字節，使得它的大小不象文件那樣不加檢驗地增長。使用單個固定緩衝區也會帶來問題，比如在寫管道時可能變滿，當這種情況發生時，隨後對管道的write()調用將默認地被阻塞，等待某些數據被讀取，以便騰出足夠的空間供write()調用寫。
· 讀取進程也可能工作得比寫進程快。當所有當前進程數據已被讀取時，管道變空。當這種情況發生時，一個隨後的read()調用將默認地被阻塞，等待某些數據被寫入，這解決了read()調用返回文件結束的問題。
注意：從管道讀數據是一次性操作，數據一旦被讀，它就從管道中被拋棄，釋放空間以便寫更多的數據。
（2）管道的結構
在 Linux 中，管道的實現並沒有使用專門的數據結構，而是藉助了文件系統的file結構和VFS的索引節點inode。通過將兩個 file 結構指向同一個臨時的 VFS 索引節點，而這個 VFS 索引節點又指向一個物理頁面而實現的。如圖所示。
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圖中有兩個 file 數據結構，但它們定義文件操作例程地址是不同的，其中一個是向管道中寫入數據的例程地址，而另一個是從管道中讀出數據的例程地址。這樣，用戶程序的系統調用仍然是通常的文件操作，而內核卻利用這種抽象機制實現了管道這一特殊操作。
（3）管道的讀寫
管道實現的源代碼在fs/pipe.c中，在pipe.c中有很多函數，其中有兩個函數比較重要，即管道讀函數pipe_read()和管道寫函數pipe_wrtie()。管道寫函數通過將字節複製到 VFS 索引節點指向的物理內存而寫入數據，而管道讀函數則通過複製物理內存中的字節而讀出數據。當然，內核必須利用一定的機制同步對管道的訪問，爲此，內核使用了鎖、等待隊列和信號。
當寫進程向管道中寫入時，它利用標準的庫函數write()，系統根據庫函數傳遞的文件描述符，可找到該文件的 file 結構。file 結構中指定了用來進行寫操作的函數（即寫入函數）地址，於是，內核調用該函數完成寫操作。寫入函數在向內存中寫入數據之前，必須首先檢查 VFS 索引節點中的信息，同時滿足如下條件時，才能進行實際的內存複製工作：
·內存中有足夠的空間可容納所有要寫入的數據；
·內存沒有被讀程序鎖定。
如果同時滿足上述條件，寫入函數首先鎖定內存，然後從寫進程的地址空間中複製數據到內存。否則，寫入進程就休眠在 VFS 索引節點的等待隊列中，接下來，內核將調用調度程序，而調度程序會選擇其他進程運行。寫入進程實際處於可中斷的等待狀態，當內存中有足夠的空間可以容納寫入數據，或內存被解鎖時，讀取進程會喚醒寫入進程，這時，寫入進程將接收到信號。當數據寫入內存之後，內存被解鎖，而所有休眠在索引節點的讀取進程會被喚醒。
管道的讀取過程和寫入過程類似。但是，進程可以在沒有數據或內存被鎖定時立即返回錯誤信息，而不是阻塞該進程，這依賴於文件或管道的打開模式。反之，進程可以休眠在索引節點的等待隊列中等待寫入進程寫入數據。當所有的進程完成了管道操作之後，管道的索引節點被丟棄，而共享數據頁也被釋放。
因爲管道的實現涉及很多文件的操作,因此,當讀者學完有關文件系統的內容後來讀pipe.c中的代碼，你會覺得並不難理解。
<1>管道創建
管道包括無名管道和有名管道兩種，前者用於父進程和子進程之間的通信，後者可用於運行同一系統中任意兩個進程間的通信。
無名管道由pipe()函數創建：
int pipe(int pipefiledis[2])
當一個管道創建時，它會建立兩個文件描述符：
filedis[0]用於讀管道，filedis[1]用於寫管道。
<2>管道關閉
管道關閉只需將這兩個文件描述符關閉即可，可以使用普通的close函數進行關閉。
<3>管道的讀寫
1.無名管道（用於父、子進程間的通信）
管道用於不同進程間的通信。通常先創建一個管道，再通過fork函數創建一個子進程，該子進程會繼承父進程所創建的管道。
注：必須在系統調用fork()前調用pipe()，否則子進程將不會繼承文件描述符。
2.命名管道（用於任意兩個進程間的通信）
2.1 創建
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode)
pathname:FIFO文件名
mode:屬性
一旦創建了FIFO就可以用open打開它，一般的訪問函數（close、write、read等）都可以用於FIFO。
實質上來講命名管道就是一個文件
2.2 操作
當FIFO打開時，非阻塞標誌（O_NONBLOCK）
將對以後的讀寫產生如下的影響：
1.沒有使用O_NONBLOCK：訪問要求無法滿足時進程將阻塞。如試圖讀取空的FIFO，將導致進程阻塞；
2.使用O_NONBLOCK：訪問要求無法滿足時不阻塞，立刻出錯返回，errno是ENXIO。
管道只是在內核內存中保持的一個緩衝區。這個緩衝區有一個最大值容量。一旦一個管道是充分的，進一步寫入到管塊，直到讀者刪除來自管道的一些數據。
2、管道容量（pipe capacity）
下面我們用代碼進行管道容量的探究
當管道滿時，
O_NONBLOCK discable: write調用阻塞，直到有程序讀走數據
O_NONBLOCK enable：調用返回-1，errno值爲EAGAIN
管道是一塊內存緩衝區，可寫下面程序測試管道的容量pipe capacity:
1 #include <stdio.h>
2 #include <sys/types.h>
3 #include <sys/stat.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <stdlib.h>
6 #include <fcntl.h>
7 #include <error.h>
8 #include <string.h>
9 #include <signal.h>
10 #include <errno.h>
11 #define ERR_EXIT(m)\
12 do{\
13 perror(m);\
14 exit(EXIT_FAILURE);\
15 }while(0)
16 int main()
17 {
18 int pipefd[2];
19 if(pipe(pipefd)==-1)
20 {
21 ERR_EXIT("pipe error");
22 }
23 int ret;
24 int count=0;
25 int flags=fcntl(pipefd[1],F_GETFL);
26 fcntl(pipefd[1],F_SETFL,flags|O_NONBLOCK);//feizuse
27 while(1)
28 {
29 ret=write(pipefd[1],"A",1);
30 if(ret==-1)
31 {
32 printf("err=%s\n",strerror(errno));
33 break;
34 }
35
36 count++;
37 }
38 printf("count=%d\n",count);//guandaorongliang
39 return 0;
40 } 程序中將寫端文件描述符設置爲非阻塞，當管道被寫滿時不會等待其他進程讀取數據，而是直接返回-1並置errno，結果如下：
如此可見，管道的容量及pipe capacity爲65536。APUE中說PIPE_BUF定義了內核管道緩衝區的大小，linux中爲4096 byte，而TLPI中說，管道是維持在內核內存中的一個緩衝區，自Linux 2.6.11開始，該緩衝區大小爲65536 byte
注意：
在次區別pipe_buf和pipe capacity：
pipe_buf指原子操作的最大值，而pipe capacity指管道的最大值，即容量；管道的大小，也就是確定pipe_buf的值，這個值由內核設定，