一、IPC介紹
IPC全名爲inter-Process Communication,含義爲進程間通信，是指兩個進程之間進行數據交換的過程。
1.1爲什麼需要使用IPC？
內核空間和用戶空間
在操作系統中存在用戶空間（User space）和內核空間（Kernel space）。
Liunx採用虛擬內存管理技術，每一個進程都都有各自獨立的進程地址空間（以32位系統爲例，空間爲4G大小的線性虛擬空間），無法直接訪問物理內存。這樣避免了進程直接操作系統內核，保證系統安全，並且讓用戶程序可使用比實際物理內存更大的地址空間。
- 4G進程地址被劃分爲兩部分，內核空間和用戶空間。用戶空間從0到3G，內核空間從3G到4G；
- 用戶進程通常情況下只能訪問用戶空間的虛擬地址，不能訪問內核空間虛擬地址。只有用戶進程進行系統調用（代表用戶進程在內核態執行任務）等情況可訪問到內核空間；
- 用戶內核對應進程，所以當進程切換，用戶空間也會跟着變化；
- 內核空間是由內核負責映射，不會跟着進程變化；內核空間地址有自己對應的頁表，用戶進程有不同額頁表。
- 所有進程的內核空間都是共享的，屬於所有進程，內核空間的數據是可以進程間共享的，而用戶空間則不可以。
進程隔離
進程隔離指的是，一個進程不能直接操作或者訪問另外一個進程，也就是進程A不可以直接訪問B的數據。
系統調用
用戶空間需要訪問內核空間，就需要藉助系統來實現。系統調用是用戶空間訪問內核空間的唯一方式，保證了所有的資源訪問都是在內核的控制下進行的，避免了用戶進程對系統資源的越權訪問，提升了系統的安全性和穩定性。
進程A和進程B的用戶空間可以通過如下系統函數和內核空間進行交互。
- copy_from_user：將用戶空間的數據拷貝到內核空間。
- copy_to_user：將內核空間的數據拷貝到用戶空間。
內存映射
由於應用程序不能直接操作設備設備硬件地址，所以操作系統提供了一種機制：內存映射，把設備地址映射到進程虛擬內存區。
內存映射全名爲Memory Map，在Liunx中通過系統調用函數mmap來實現內存映射。將用戶空間的一塊內存區域映射到內核空阿金。映射關係建立後，用戶對這塊內存的區域的修改可以直接反應到內核空間，反之亦然。內存映射能減少數據拷貝次數，實現用戶空間和內核空間的高效互動。
二、Liunx的IPC通信原理
內核程序在內核空間分配內存並開闢一塊內核緩存區，發送進程通過copy_from_user函數將數據拷貝到內核空空間的緩衝區中。同樣，接收進程在接收數據時再自己的用戶空間開闢一塊內存緩存區，然後內核程序調用copy_to_user() 函數將數據從內核緩存區拷貝到接收進程。這樣數據發送進程和數據接收進程完成了一次數據傳輸，也就是一次進程間通信。
Linux的IPC通信原理有兩個問題：
- 一次數據傳遞需要經歷：用戶空間 –> 內核緩存區 –> 用戶空間，需要2次數據拷貝，這樣效率不高。
- 接收數據的緩存區由數據接收進程提供，但是接收進程並不知道需要多大的空間來存放將要傳遞過來的數據，因此只能開闢儘可能大的內存空間或者先調用API接收消息頭來獲取消息體的大小，浪費了空間或者時間。
2.1 Liunx中的IPC機制種類
- 管道（pipe）是Liunx有Unix那裏繼承過來的進程間通信機制。原理是在內存中創建一個共享文件，從而使通信雙方利用這個共享文件來傳遞信息。這個共享文件比較特殊，它不屬於文件系統並且只存在於內存中。另外，管道採用的是半雙工通信方式，數據只能在一個方向上流動。
簡單的模型如下所示。
2、信號
信號是軟件層次上對中斷機制的一種模擬，是一種異步通信方式，進程不必通過任何操作來等待信號的到達。信號可以在用戶空間進程和內核之間直接交互，內核可以利用信號來通知用戶空間的進程發生了哪些系統事件。信號不適用於信息交換，比較適用於進程中斷控制。
3、信號量
信號量是一個計數器，用來控制多個進程對共享資源的訪問。它常用來作爲一種鎖機制，防止某種進程正在訪問共享資源時，其他進程也訪問該資源。主要作爲進程間以及同意進程內不同線程之間的同步手段。
4、消息隊列
消息隊列時消息的鏈表，具有特定的格式，存放在內存中並由消息隊列標識符標識，並且允許一個或多個進程向它寫入與讀取消息。信息會複製兩次，因此對於頻繁或者信息量大的通信不宜使用消息隊列。
5、共享內存
多個進程可以直接讀寫的一塊內存空間，是針對其他通信機制運行效率太低而設計的。爲了在多個進程間交換信息，內核專門留出了一塊內存區，可以由需要訪問的進程映射到自己大的私有地址空間。進程就可以直接讀寫這一塊內存而不需要進行數據的拷貝，從而大大的提高效率。
6、套接字
套接字是更爲基礎的進程間通信機制，與其他方式不同的是，套接字可用於不同機器之間的進程間通信。
2、2Android中的IPC機制
Android系統是基於Linux內核的，在Liunx內核基礎上又擴展出了一些IPC機制。Android系統除了支持套接字，還支持序列化、Messenger、AIDL、Bundle、文件共享、ContentProvider、Binder等。
1、序列化
序列化指的是Serializable/Parcelable，Serializable是java提供的一個序列化接口，是一個空接口，爲對象提供標準的序列化和反序列化操作。Parcelable接口時Android中序列化方式。
2、Messenger
Messagner對象可以在不同進程中傳遞，在Message中加入我們想要傳的數據就可以在進程間進行數據傳遞了。Messagner是一種輕量級的IPC方案並對AIDL進行了封裝。
3、AIDL
AIDL全名爲Android interface definition Language，即Android接口定義語言。Messenger是以串口的方式來處理客戶端發來的信息，如果又大量的消息發到服務端，服務端仍然一個一個處理再響應客戶端顯然是不適合的。另外還有一點，Messenger用來進程間進行數據傳遞但是不能滿足跨進程的方法調用，這個時候需要使用AIDL了。
4、Bundle
Bundle實現了Parcelable接口，所以它可以方便的在不同的進程間傳輸。Acitivity、Service、Receiver都是在Intent中通過Bundle來進行數據傳遞。
5、文件共享
兩個進程通過讀寫同一個文件來進行數據共享，共享的文件可以是文本、XML、JOSN。文件共享適用於對數據同步要求不高的進程間通信。
6、ContentProvider
ContentProvider爲存儲和獲取數據了提供統一的接口，它可以在不同的應用程序之間共享數據，本身就是適合進程間通信的。ContentProvider底層實現也是Binder，但是使用起來比AIDL要容易許多。系統中很多操作都採用了ContentProvider，例如通訊錄，音視頻等，這些操作本身就是跨進程進行通信。
參考文檔：
深入理解Android卷1