IPC 机制简介

概述

在Unix早期发展中，做出重大贡献的两大主力Bell实验室和伯克利大学（BSD）在IPC（InterProcess Communication）方面的侧重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了“System V IPC”，通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制。大牛人W.Richard Stevens 著有的《UNIX Network Programming》经典大作，含两卷：卷一就是socket网络通信，卷二是单机的IPC。

POSIX是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行的软件，而定义API的一系列互相关联的标准的总称，其正式称呼为IEEE 1003，而国际标准名称为ISO／IEC 9945。此标准源于一个大约开始于1985年的项目。POSIX这个名称是由开源领袖RMS应IEEE的要求而提议的一个易于记忆的名称。它基本上是Portable Operating System Interface（可移植操作系统界面）的缩写，而X则表明其对Unix API的传承。Linux基本上逐步实现了POSIX兼容，但并没有参加正式的POSIX认证。

从上面可以看出，Sys V IPC和POSIX IPC可以认为是对同一个东西的不同实现而已。两者有相同的IPC工具——信号量、共享内存、消息队列，虽然Sys V和POSIX提供的接口有些差异，但基本概念是一致的。

需要注意的是，POSIX提供了消息队列的通知机制（参考 mq_notify()函数），而Sys V不提供类似的功能。相对而言，Sys V IPC 的历史更为悠久，并且先后在所有的平台上都得到实现，接口比较复杂。POSIX IPC 是在Sys V IPC 出现很长一段时间以后才被设计出来的，这使得它有机会吸收Sys V的优缺点，是以POSIX在设计上能够超越它的前辈，并提供了更为简洁、对程序员也更有爱的接口。鉴于Sys V IPC年龄太大，我以为POSIX IPC API才代表未来的趋势。

进程间信息共享方式：

1、左边的两个进程共享存留于文件系统中某个文件上的某些信息，为访问这些信息，每个进程都得穿越内核（例如read、write、lseek等）。

2、中间两个进程共享驻留于内核中的某些信息，例如pipe、消息队列、信号量，访问共享信息的每次操作涉及对内核的一次系统调用。

3、右边的两个进程有一个双方都能访问的共享内存区，每个进程可以不经过内核直接访问它，但共享该内存区的进程需要某种形式的同步。

IPC对象的持续性：

1、随进程持续，IPC对象一直存在到打开该对象的最后一个进程关闭该对象为止，例如pipe和fifo；

2、随内核持续，IPC对象一直存在到内核重新自举或显式删除该IPC对象为止，例如信号量、消息队列、共享内存；

3、随文件系统持续，IPC对象一直存在到显式删除该对象为止；

IPC对象的标识符

当两个或多个无亲缘关系的进程使用某种类型的IPC对象来交换信息时，该IPC对象必须有一个名字，这样其中一个进程可以创建该IPC对象，其余进程则可以指定同一个IPC对象。对于一种给定的IPC类型，其可能的名字的集合称为它的name space。

IPC类型

持续性

name space

IPC打开后的标识符

pipe

fifo

随进程

（无名）

路径名

描述符

TCP socket

UPD socket

Unix socket

IP + port

路径名

POSIX互斥锁

POSIX条件变量

POSIX读写锁

fcntl记录锁

（无名）

路径名

pthread_mutex_t指针

pthread_cond_t指针

pthread_rwlock_t指针

描述符

POSIX消息队列

POSIX有名信号量

POSIX基于内存信号量

POSIX共享内存

随内核

POSIX IPC名字

（无名）

POSIX IPC名字

mqd_t值

sem_t指针

描述符

System V消息队列

System V信号量

System V共享内存

key_t键

System V IPC标识符

POSIX IPC

	消息队列	信号量	共享内存
Include	<mqueue.h	<sys/sem.h>	<sys/shm.h>
创建或打开IPC	mq_open mq_close mq_unlink	sem_open sem_close sem_unlink	shm_open shm_unlink
创建或打开IPC	mq_open mq_close mq_unlink	sem_init sem_destroy	shm_open shm_unlink
控制IPC	mq_getattr mq_setattr		ftruncate fstat
IPC操作函数	mq_send mq_receive mq_notify	sem_wait sem_trywait sem_post sem_getvalue	mmap munmap

SystemV IPC

	消息队列	信号量	共享内存
Include	<sys/msg.h>	<sys/sem.h>	<sys/shm.h>
创建或打开IPC	msgget	semget	shmget
控制IPC	msgctl	semctl	shmctl
IPC操作函数	msgsnd msgrcv	semop	shmat shmdt

RPC

本地过程调用（local procedure call），就是被调用的过程（函数）与调用过程处于同一个进程中，这也是我们所熟悉的函数调用方式。

远程过程调用（remote procedure call, RPC），被调用过程和调用过程处于不同的进程中。通常称调用者为Client，被调用的过程为Server。

RPC又分两种情况：

1、单台主机上的RPC（门调用），即调用者和被调用者在同一台主机上面；

2、主机间的PRC，需要借助网络传输；