Linux：进程间通信

Linux 是多任务系统，一个程序运行时往往需要和别的程序交换数据。进程之间怎么把话说清楚，这就是进程间通信要解决的问题。本文按从简单到复杂的顺序，把管道、共享内存、消息队列、信号量这几类常用方式一次讲透，并给出各自适用场景和命令示例。

一、为什么需要进程间通信

单个进程的能力有边界：一个进程崩了，整个任务就断；想用多核 CPU，就得同时跑几个进程。多个进程一起干活时，它们之间必须能传递数据、同步节奏、协同状态，这就是进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）存在的理由。

常见需求有三类：一是传数据（比如把统计结果交给另一个进程写库）；二是同步（比如等一个进程算完再往下走）；三是通知（比如子进程退出了，父进程要知道）。不同需求对应不同的通信机制，选错机制代码会写得又绕又慢。

二、管道：最朴素的通信方式

管道的本质是内核里的一段缓冲区，一个进程往里写，另一个进程从里读。它分两种。

1. 匿名管道

匿名管道没有名字，只能在有亲缘关系的进程之间用，通常通过 fork 继承文件描述符传递。最常见的用法是 shell 里的竖线：

ps -ef | grep nginx | grep -v grep

这条命令里，ps 的 stdout 接到了管道写端，grep nginx 从读端拿数据。匿名管道是半双工的，数据只能单向流，如果反过来用需要再建一条。

可以用 mkfifo 观察它的存在：

mkfifo /tmp/myfifo
ls -l /tmp/myfifo

2. 命名管道

命名管道在文件系统里有一个真实路径，不相关的两个进程也能通过它通信。创建后，进程 A 往路径写，进程 B 从这个路径读，互不认识也能对上话。

三、System V 共享内存：最直接的传数据方式

管道要先把数据写进内核缓冲区，再让对方读出来，中间多了一次拷贝。如果数据量很大而且要频繁交换，用共享内存更划算：两块进程地址空间映射到同一段物理内存，一方写完另一方立刻能看到，没有内核中转。

Linux 里的共享内存相关命令可以直接查看系统状态：

ipcs -m      # 查看共享内存段
ipcs -q      # 查看消息队列
ipcs -s      # 查看信号量

典型流程是：申请一个共享内存段（shmget），把它挂接到本进程地址空间（shmat），读写完之后脱离（shmdt）并删除（shmctl）。用完记得删，否则系统里会留下越积越多的僵尸内存段。

四、消息队列：带边界的管道

共享内存本身不负责同步，谁先写完谁先读到就靠运气。消息队列在此基础上加了一层：发送的数据按消息为单位收发，每条消息有类型，接收方可以按类型挑着收。它仍然是内核维护的缓冲区，适合中等数据量、需要按类型过滤的场景。

五、信号量：管住并发访问次数

信号量不传数据，只管计数。它常和共享内存搭配：用共享内存放数据，用信号量控制同一时刻最多有几个进程能进临界区。把计数初始化成 1，就退化成互斥量，保证同一时间只有一个进程写。

六、怎么选：一张对照表

• 只有父子进程、数据量小、单向流：用匿名管道，代码量最少。
• 无亲缘关系、想按路径通信：用命名管道。
• 大数据量、需要反复读写、自己能做好同步：用共享内存 + 信号量。
• 中等数据量、需要消息边界和类型过滤：用消息队列。
• 只需要控制并发度、不传业务数据：用信号量单独用即可。

还有一个常备思路：如果只是想让另一个进程帮你做点事，rpc、socket、信号（kill 传信号）往往比原生 IPC 更好写，跨机器还能直接复用同一套代码。

七、几个容易踩的坑

• 管道写端全部关闭后，读端再读会返回 EOF，不是阻塞等待，循环里要注意退出条件。
• 写管道时如果读取方已经退出，写会收到 SIGPIPE 信号，程序直接被杀，需要提前忽略信号。
• 共享内存段忘了删除，重启程序后看到旧数据，其实残留的还是上一段内存。
• 信号量初始化为 0，接收方先跑就会死等，一般由服务端先创建并初始化。

小结

管道解决的是「能不能传」，共享内存解决的是「传得快不快」，消息队列解决的是「能不能按类型分」，信号量解决的是「谁先进去」。把这四层需求对上号，现场选机制基本不会错。

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