一、什么是进程间通信？

说白了，进程间通信就是让两个或多个进程之间能互相传数据、发信号。你想想看，每个进程都有自己的独立地址空间，一个进程根本看不到另一个进程的变量。那它们怎么协作呢？

我刚开始学嵌入式Linux时，总觉得这玩意儿离我很远。直到有一次做多进程数据采集系统，主进程要等三个子进程都采集完数据才能做融合处理。嗯，那时候我才意识到——没有IPC，多进程就是个摆设。

为什么需要IPC？

• 数据共享：一个进程算出来的结果，另一个进程要用
• 任务协作：多个进程分工干活，最后汇总
• 资源互斥：防止两个进程同时写同一个文件
• 事件通知：一个进程干完了，告诉另一个进程可以开始了

二、IPC的分类全景图

我习惯把IPC分成两大类：同一台机器上的通信和跨机器的通信。前者包括管道、信号、共享内存、消息队列，后者就是套接字。

下面这张图帮你理清脉络：

三、五种IPC机制详解

1. 管道（Pipe）

管道是最古老的IPC方式。我当年学Linux编程时，第一个接触的就是它。说白了，管道就是一个内核缓冲区，一个进程往里写，另一个从里读。

两种管道：

• 匿名管道：只能用于父子进程或有亲缘关系的进程。用 pipe() 创建。
• 命名管道（FIFO）：通过文件系统中的一个特殊文件通信，无亲缘关系的进程也能用。

// 匿名管道示例
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buf[128];

    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程：写
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "Hello from child", 17);
        close(fd[1]);
    } else {
        // 父进程：读
        close(fd[1]);
        read(fd[0], buf, sizeof(buf));
        printf("Parent received: %s\n", buf);
        close(fd[0]);
    }
    return 0;
}

2. 信号（Signal）

信号是一种异步通信方式。进程收到信号时，会打断当前执行流，去处理信号。有点像硬件中断的软件版。

常见的信号：

• SIGINT：Ctrl+C 触发，终止进程
• SIGKILL：强制杀死进程，不能捕获
• SIGUSR1/SIGUSR2：用户自定义信号

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void handler(int sig) {
    printf("Caught signal %d\n", sig);
}

int main() {
    signal(SIGINT, handler);
    while(1) {
        printf("Running...\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

3. 共享内存（Shared Memory）

共享内存是效率最高的IPC方式。为什么？因为它不需要数据拷贝。多个进程直接映射同一块物理内存，读写就像操作本地变量一样快。

我做过一个实时视频处理项目，用管道传数据太慢，换成共享内存后延迟从毫秒级降到了微秒级。嗯，差距就是这么大。

#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    key_t key = 1234;
    int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);
    char *data = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);

    sprintf(data, "Hello from process");
    printf("Data: %s\n", data);

    shmdt(data);
    return 0;
}

4. 消息队列（Message Queue）

消息队列是管道的一种升级版。它支持按消息类型读取，不像管道那样只能先进先出。每个消息有类型标识，接收方可以只读自己关心的类型。

特性	管道	消息队列
数据格式	字节流	结构化消息
读取方式	FIFO	按类型选择
生命周期	随进程	内核持久
最大长度	有限	可配置

#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>

struct msgbuf {
    long mtype;
    char mtext[100];
};

int main() {
    key_t key = 5678;
    int msqid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);
    struct msgbuf msg = {1, "Hello"};

    msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
    printf("Message sent\n");

    return 0;
}

5. 套接字（Socket）

套接字是IPC的终极方案。它不仅能用于同一台机器的进程通信，还能跨网络通信。你上网、发微信、看视频，底层都是套接字在干活。

套接字分两种：

• Unix域套接字：用于本地通信，效率高，比TCP快
• 网络套接字：用于跨网络通信，基于TCP/UDP

// 简化的TCP客户端
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8080);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
send(sock, "Hello", 5, 0);
close(sock);

四、如何选择？

我个人的选择原则很简单：

• 简单场景：父子进程传数据，用管道就够了
• 高性能场景：大量数据频繁交换，上共享内存
• 异步通知：信号是最轻量的方式
• 结构化通信：消息队列比管道好用
• 跨机器：别无选择，套接字

好了，IPC的入门就讲到这里。记住一句话：IPC不是技术难题，而是设计选择。选对了，代码清爽；选错了，调试到天亮。

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