一、基本概念
什么叫进程间通信（IPC，Interprocess communication）：是指两人个或多个进程之间交换数据的过程叫进程间通信。
进程之间为什么需要通信？
当需要多个进程协同工作高效率完成任务时，因为每个进程都个独立的个体（资源单位），进程之间就需要进行通信。
进程间通信方式：
1、简单进程间通信：命令行参数，环境变量表、信号、文件
2、传统进程间通信：管道
3、XSI进程间通信：共享内存、消息队列、信号量
4、网络进程间通信：socket
二、传统的进程间通信-管道
管道是UNIX系统最古老的进程间通信方式（基本不再使用），历史上的管道通常是半双工（只允许单向数据流动），现在的系统大都可以全双工，数据可以双向流动。
1、有名管道（创建实体文件）
命令：mkfifo
函数：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
功能：创建管道文件
pathname：文件路径
mode：权限
返回值：成功返回0，失败返回-1。
编程模型：
进程A 进程B
创建管道（mkfifo） …
打开管道(open) 打开管道
读/写数据 (read/write) 读/写数据
关闭管道(close) 关闭管道
删除管道(unlink) …
2、无名管道（用于通过fork创建的父子进程之间通信）
int pipe(int pipefd[2]);
功能：创建无名管道
pipefd：用来存储内核返回的文件描述符
pipefd[0] 用于读操作
pipefd[1] 用于写操作
三、XSI进程间通信
X/open组织为UNIX系统设计一套进程间通信机制，有共享内存、消息队列、信号量。
1、IPC标识
内核会为每个进程间通信维护一个IPC对象（XSI对象）。
该对象通过一个非负整数来引用（类似于文件描述符）。
与文件描述符不同的是，每用一个IPC对象标识符就持续＋1,达到最大值时再从零开始。
IPC标识需要程序员自己创建（类似于创建文件）。
2、IPC键值
创建IPC键值的依据（类似创建文件的文件名），也是一个非负整数。
1、自定义（不建议，可能会冲突）。
2、自动生成（项目路径，项目编号）。
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
注意：项目路径一定要是有效路径，生成IPC键依靠的是路径而不是字符串。
3、IPC对象的创建用到的宏
IPC_PRIVATE 创建IPC对象时永远创建成功。
IPC_CREAT 对象存在则获取，不存在则创建。
IPC_EXCL 如果对象已经创建，则创建失败。
4、IPC对象销毁／控制用到的宏
IPC_STAT 获取IPC对象的属性
IPC_SET 设置IPC对象的属性
IPC_RMID 删除IPC对象
四、共享内存共享内存就是内核中开辟一块由IPC对象管理内存，进程A和进程B都用自己的虚拟地址与它进程映射，这样他就共享了同一块内存，然后就可以通信了。
特点：
1、不需要复制信息，是最快的一种进程间通信机制。
2、需要考虑同步问题（必须借助其它的机制，如信号）。
编程模型：
进程A 进程B
生成IPC键值 ftok 生成IPC键 ftok
创建共享内存 shmget 获取共享内存 shmget
映射共享内存 shmat 映射共享内存 shmat
使用共享内存 *ptr 使用共享内存 *ptr
取消映射 shmdt 取消映射 shmdt
删除共享内存 shmctl …
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)
功能：创建／获取共享内存
key：IPC键，由ftok函数生成
size：共享内存的大小，最好是4096的整数倍，获取共享内存时，此值无效。
shmflg：
0 获取共享内存
IPC_CREAT 创建
IPC_EXCL 如果存在则创建失败
返回值：成功返回共享内存标识（IPC标识），失败返回-1。
void* shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能：映射共享内存
shmid：共享内存标识符，shmget函数的返回值。
shmaddr：进程提供的虚拟地址，与内核中的内存映射用的，也可以是NULL（内核会自动选择一个地址映射）。
shmflg：
0 自动分配
SHM_RDONLY 只读权限
SHM_RND 当shmaddr不为空时shmaddr向下取整页。
返回值：映射成功后的虚拟地址。
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消虚拟地址与共享内存的映射
shmaddr：被映射过的虚拟地址
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds* buf);
功能：删除共享内存，获取／设置共享内存的属性
shmid：共享内存标识符shmget的返回值
cmd：
IPC_STAT 获取共享内存的属性
IPC_SET 设置共享内存的的属性
IPC_RMID 删除IPC共享内存
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm； // 内存所有者及权限
size_t shm_segsz; // 内存的大小
time_t shm_atime; // 最后的映射时间
time_t shm_dtime; // 最后的取消映射时间
time_t shm_ctime; // 最后修改时间
pid_t shm_cpid; // 创建者进程ID
pid_t shm_lpid; // 最后映射／取消映射的进程ID
shmatt_t shm_nattch; // 映射的次数
struct ipc_perm {
key_t __key; // IPC键值
uid_t uid; // 有效用户ID
gid_t gid; // 有效组ID
uid_t cuid; // 创建者的用户ID
gid_t cgid; // 创建者组ID
unsigned short mode; // 权限
unsigned short __seq; // IPC标识
五、消息队列
消息队列就是由内核负责管理的一个管道，可以按顺序发送消息包（消息类型＋消息内容），可以全双工工作，可以不按消息的顺序接收消息。
int msgget(key_t key, int msgflg);
功能：创建／获取消息队列
key：IPC键值，由ftok函数自动生成
msgflg：
0 获取消息队列
IPC_CREAT 创建消息队列
IPC_EXCL 如果存在则创建失败
返回值：消息队列标识
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能：向消息队列发送消息
msqid：消息队列标识，msgget函数的返回值
msgp：结构指针
struct msgbuf {
long mtype; //消息类型
char mtext[n]; //消息内容
};
msgsz：消息的长度，不包括消息类型，sizeof(msgbuf)-4。
msgflg：
0 阻塞，当消息队列满时，等待。
IPC_NOWAIT 不阻塞，当消息队列满时，不等待。
返回值：成功发送返回0，失败返回-1。
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
功能：从消息队列中按类型获取消息
msqid：消息队列标识，msgget函数的返回值
msgp：
struct msgbuf {
long mtype; //消息类型
char mtext[n]; //消息内容
};
msgsz：要接收一消息的长度，可以长一些。
msgtyp：要接收的消息类型
0 接收任意类型的消息（接收队列中第一个消息）。
>0 只接收msgtyp类型的消息
<0 接收消息队列中小于等于msgtyp绝对值的消息，取小的那个。
msgflg：
0 阻塞，消息队列中是否有对应类型的消息，没有则等待。
1 不阻塞，消息队列中没有对应类型的消息，则返回。
----------------------------------------
MSG_NOERROR：
消息类型正确，而消息的实际长度大于msgsz，则不接收消息并返回-1。
如果msgflg带MSG_NOERROR标志，则把多余的消息截取，成功接收。
IPC_NOWAIT：如果消息队列没有要接收的消息，则不等待，返回-1。
MSG_EXCEPT：接收消息队列中第一个消息类型不是msgtyp的消息，编译时添加-D_GNU_SOURCE参数。
返回值：成功接收到消息的字节数
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)；
功能：删除消息队列，设置或获取消息队列属性
msqid：消息队列标识，msgget函数的返回值
cmd:
IPC_STAT 获取消息队列的属性
IPC_SET 设置消息队列的的属性
IPC_RMID 删除消息队列
返回值：成功返回0，失败返回-1。
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm; // 权限
time_t msg_stime; // 最后一个消息发送时间
time_t msg_rtime; // 最后一次消息接收时间
time_t msg_ctime; // 最后一次修改时间
unsigned long __msg_cbytes; // 消息队列中的字节数
msgqnum_t msg_qnum; // 消息队列中消息的个数
msglen_t msg_qbytes; // 消息队列中容纳的最大字节数
pid_t msg_lspid; // 最后一次发送消息进程
pid_t msg_lrpid; // 最后一次接收消息进程
六、信息量内核维护的计数器，用于管理多进程之间共享资源。
例如：有个变量n表示资源的数量，当有进程想要独占一份资源时，n的值要减1（可能是多个），如果n的值等于0（不够减），则进程阻塞，直到n的值可以减再被唤醒，当资源使用完毕后n要加1（可能加多个）
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建/获取信号量
key:IPC键值
nsems:信号量的数量
semflg:
0 获取信号量
IPC_CREAT 创建信号量 不存在则创建，存在则获取
IPC_EXCL 已存在则创建失败
返回值：信号量的标识
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
功能：操作信号量（对信号进行加/减）
semid:信号量标识，semget的返回值
sops：结构体数组
nsops:数组的长度
struct sembuf{
unsigned short sem_num 信号的下标
short sem_op; 操作
short sem_flg; 标记
IPC_NOWAIT 当信号量不够减时不阻塞
SEM_UNDO 当进程结束时，信号量的值自动归还
int semtimedop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops,struct timespec *timeout);
功能：带时间限制的操作信号量
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …);
功能：初始化信号量的值，删除信号量，获取 设置信号量的属性
cmd:
IPC_STAT 获取信号量的属性
IPC_SET 设置信号量的属性
IPC_RMID 删除信号量
IPC_INFO 获取信号量的信息
SEM_INFO 设置信号量的信息
GETALL 获得所有信号的值
GETNCNT 获取信号量的数量
SETVAL 设置某个信号量的值
//初始化信号量
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds buf; / Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short array; / Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo __buf; / Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
struct ipc_perm {
key_t __key; /* Key supplied to semget(2) /
uid_t uid; / Effective UID of owner /
gid_t gid; / Effective GID of owner /
uid_t cuid; / Effective UID of creator /
gid_t cgid; / Effective GID of creator /
unsigned short mode; / Permissions /
unsigned short __seq; / Sequence number */
};
编程模型
进程A 进程B
创建信号量 semget 获取信号量
初始化信号量的值 semctl 。。。
加减信号量 semop 加减信号量
删除信号量 semctl 。。。
注意：信号量仅仅是用来计数的，一定要于资源对应上
七、IPC命令
现实IPC对象
ipcs -m
ipcs -q
ipcs -s
ipcs -a
删除IPC对象
ipcs -m ID
ipcs -q ID
ipcs -s ID