进程间通信方式有哪些？

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进程间通信方式有哪些？

进程有独立地址空间，彼此看不见对方的内存，所以通信必须借助内核中转或共享映射。 常见六类：管道（pipe/FIFO）、消息队列、共享内存、信号量、信号、套接字（socket，含 Unix domain）。 选型只看三点：数据量、是否需要双向/跨机、能不能接受拷贝。

1. 六种方式对比

方式是否内核中转数据拷贝方向跨主机适用场景
匿名管道 pipe是2 次单向否父子进程、shell 管道
命名管道 FIFO是2 次单向否无亲缘关系进程
消息队列 msgqueue是2 次双向否有格式的小消息
共享内存 shm否0 次双向否大数据量、高频
信号量 semaphore是无数据—否只做同步，不传数据
信号 signal是无数据单向否事件通知（kill）
Unix socket是2 次双向否本机 C/S，可靠有序
TCP socket是多次双向是跨机通信
进程 A                内核                 进程 B
  write() ──► [管道缓冲区 64KB] ──► read()
             （两次拷贝：A→内核，内核→B）

进程 A ──┐
         ├─► [同一块物理页] ◄── 需要信号量/锁保护
进程 B ──┘      （零拷贝，最快）

2. 共享内存为什么最快，又为什么最难用

最快是因为它完全绕过内核：两个进程的页表指向同一批物理页，写方一落笔，读方立刻可见，没有系统调用、没有拷贝。

最难用是因为它不提供任何同步：读方可能在写方写到一半时读到脏数据，所以必须配信号量、互斥锁或原子变量。 而且共享内存段要显式创建、映射、解除、删除，生命周期管理容易漏。

// Unix domain socket：本机最常用的"进程间 TCP"
ln, _ := net.Listen("unix", "/tmp/demo.sock")
defer os.Remove("/tmp/demo.sock")
go func() {
    for {
        conn, err := ln.Accept()
        if err != nil { return }
        go func(c net.Conn) {
            defer c.Close()
            io.Copy(c, c)            // echo
        }(conn)
    }
}()

// 共享内存：mmap 一块匿名共享区，父子进程都能看到
b, err := syscall.Mmap(-1, 0, 4096,
    syscall.PROT_READ|syscall.PROT_WRITE, syscall.MAP_SHARED|syscall.MAP_ANON)
if err != nil { log.Fatal(err) }
copy(b, []byte("hello from parent"))
// fork 出的子进程继承该映射，读到同样的内容；写回时用原子操作或信号量同步

3. 怎么选

# 看系统里现有的 IPC 资源
ipcs -q      # 消息队列
ipcs -m      # 共享内存段
ipcs -s      # 信号量
ls -l /proc/1234/fd | grep pipe   # 进程持有的管道

# 造一个命名管道试试
mkfifo /tmp/f && echo hi > /tmp/f &
cat /tmp/f

经验规则：

  • shell 里串命令 → 匿名管道；
  • 本机两个服务互调，要可靠有序 → Unix domain socket（还能传文件描述符）；
  • 高频、大数据量、双方都是自己写的程序 → 共享内存 + 信号量；
  • 只是通知"该干活了" → 信号或 eventfd；
  • 跨机器 → 只能 socket（TCP/UDP）。

4. 常见追问

Q：管道为什么是单向的，容量多大？ 管道是内核里一个环形缓冲区，读写两端各持一个 fd，设计上就是单向流；双向要开两条。 Linux 默认容量 64KB（/proc/sys/fs/pipe-max-size 可调上限），写满后 write 会阻塞，这就是"背压"。

Q：匿名管道和命名管道差在哪？ 匿名管道只能靠 fork 继承 fd 来共享，所以只能用于有亲缘关系的进程；FIFO 在文件系统里有名字， 任何进程 open 都能接入，但数据仍在内核缓冲区，不落盘。

Q：Unix socket 比 TCP 快吗？ 本机上通常更快：不经过网络协议栈的校验和、路由、拥塞控制，直接走 socket 层； 还支持 SCM_RIGHTS 传递文件描述符和凭证。但它不能跨机。

Q：信号能传数据吗？ 几乎不能，标准信号只带一个编号，sigqueue 可以附带一个 int 或指针值。信号适合"通知"， 不适合"传输"，而且处理函数里只能调异步信号安全的函数。

小结

通信方式的选择是"拷贝次数 × 同步复杂度 × 使用范围"的权衡：管道简单但单向且要拷两次， 共享内存零拷贝但要自己做同步，socket 通用且能跨机。答这题给出对比表 + 一句"共享内存必须配信号量"， 再补 Unix socket 传 fd 这个细节，就能拉开差距。

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