进程间通信（IPC）是指能在两个进程间进行数据交换的机制。现代OS都对进程有保护机制，因此两个进程不能直接交换数据,必须通过一定机制来完成。
IPC的机制的作用： （1）一个软件也能更容易跟第三方软件或内核进行配合的集成,或移植.如管道,在shell 下执行 ps –aux | grep bash。 （2）简化软件结构, 可以把一个软件划分多个进程或线程,通过IPC,集成在一起工作.如消息队列。 （3）让操作系统各个模块交换数据,包括内核与应用程序机制。 （4）提供进程之间或同一进程之间多线程的同步机制,如信号量。1、管道
管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道 只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。
数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。
管道的创建：int pipe(int fd[2]) ; 管道的读写：管道文件也是一种文件,用write,read 即可完成读写。管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。 管道的关闭：管道文件也是一种文件,因此用close关闭即可。 管道的局限：（1）只支持单向数据流； （2）只能用于具有亲缘关系的进程之间； （3）没有名字； （4）管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）； （5）管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等。现在使用管道实现进程的同步，父进程读取子进程输入的数据、子进程读取父进程恢复的数据。实现TELL_WAIT、TELL_PARENT、TELL_CHILD、TELL_PARENT及WAIT_CHILD函数。程序如下：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 static int fd1[2],fd2[2]; 8 9 void TELL_WAIT()10 {11 pipe(fd1);12 pipe(fd2);13 }14 15 void TELL_PARENT(pid_t pid)16 {17 write(fd2[1],"c",1);18 }19 void WAIT_PARENT(void)20 {21 char c;22 read(fd1[0],&c,1);23 if(c!='p')24 {25 printf("WAIT_PARENT: Incorretc data");26 exit(0);27 }28 else29 printf("Read from parent.\n");30 }31 void TELL_CHILD(pid_t pid)32 {33 write(fd1[1],"p",1);34 }35 void WAIT_CHILD()36 {37 char c;38 read(fd2[0],&c,1);39 if(c!='c')40 {41 printf("WAIT_CHILD: Incorretc data");42 exit(0);43 }44 else45 printf("Read from child.\n");46 }47 48 int main()49 {50 pid_t pid;51 TELL_WAIT();52 pid =fork();53 if(pid == -1)54 {55 perror("fork() error");56 exit(-1);57 }58 if(pid == 0)59 {60 printf("child process exec.\n");61 WAIT_PARENT();62 TELL_PARENT(getppid());63 }64 else65 {66 printf("Parent process exec.\n");67 TELL_CHILD(pid);68 WAIT_CHILD();69 70 }71 exit(0);72 }
程序执行结果如下：
popen和pclose函数
常见的操作时创建一个管道连接到另外一个进程，然后读取其输出或向其输入端发送数据。popen和pcolse函数实现的操作是：创建一个管道，调用fork产生一个子进程，关闭管道的不使用端，执行一个shell以运行命令，然后等待命令终止。函数原型如下：
FILE *popen(const char *command, const char *type);
int pclose(FILE *stream);函数popen先执行fork，然后调用exec执行cmdstring，并且返回一个标准I/O文件指针。如果type是“r”，则文件指针连接到cmdstring的标准输出，如果type是“w”，则文件指针连接到cmdstring的标准输入。popen特别适用于构造简单的过滤程序，它变换运行命令的输入或输出。写一个程序，将标准输入复制到标准输出，复制的时候将所有的大写字母变换为小写字母，程序分为两部分，转换程序如下：
1 #include2 #include 3 #include 4 int main() 5 { 6 int c; 7 while((c = getchar()) != EOF) 8 { 9 if(isupper(c))10 c= tolower(c);11 if(putchar(c) == EOF)12 printf("output error");13 if(c=='\n')14 fflush(stdout);15 }16 exit(0);17 }
将可执行文件保存为change。输入输出程序如下：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 #define MAXLINE 1024 8 9 int main()10 {11 char line[MAXLINE];12 FILE *fpin;13 if((fpin = popen(".//change","r")) == NULL)14 {15 perror("popen() error");16 exit(-1);17 }18 for(; ;)19 {20 fputs("prompt> ",stdout);21 fflush(stdout);22 if(fgets(line,MAXLINE,fpin) == NULL)23 break;24 if(fputs(line,stdout) == EOF)25 {26 perror("fputs error to pipe");27 }28 }29 if(pclose(fpin) == -1)30 {31 perror("pclose() error");32 exit(-1);33 }34 putchar('\n');35 exit(0);36 }
程序执行结果如下
协同进程：当一个进程产生某个过滤程序的输入，同时又读取该过滤程序的输出。popen只提供链接到另一个进程的标准输入或标准输出的一个单向管道，对于协同进程，则连接到另一个进程的两个单向管道，一个接到标准输入，一个接标准输出。写个程序展示一下协同进程，程序从标准输入读入两个整数，调用程序计算它们的和，然后将结果输出到标准输出。过滤程序即求和程序如下：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #define MAXLINE 1024 7 8 int main() 9 {10 int n,int1,int2;11 char line[MAXLINE];12 while((n=read(STDIN_FILENO,line,MAXLINE)) > 0)13 {14 line[n] = '\0';15 if(sscanf(line,"%d%d",&int1,&int2) == 2)16 {17 sprintf(line,"%d\n",int1+int2);18 n = strlen(line);19 if(write(STDOUT_FILENO,line,n) != n)20 {21 perror("write() error");22 exit(-1);23 }24 }25 else if(write(STDOUT_FILENO,"invalid arg\n",13) != 13)26 {27 perror("write() error");28 exit(-1);29 }30 }31 exit(0);32 }
编译执行保存为可执行文件为add。
协同程序如下：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #define MAXLINE 1024 8 9 static void sig_pipe(int);10 11 int main()12 {13 int n,fd1[2],fd2[2];14 pid_t pid;15 char line[MAXLINE];16 17 if(signal(SIGPIPE,sig_pipe) ==SIG_ERR)18 {19 perror("signal() error");20 exit(-1);21 }22 if(pipe(fd1) == -1||pipe(fd2) == -1)23 {24 perror("pipe() error");25 exit(-1);26 }27 if((pid =fork()) == -1)28 {29 perror("fork() error");30 exit(-1);31 }32 if(pid == 0)33 {34 close(fd1[1]);35 close(fd2[0]);36 if(fd1[0] != STDIN_FILENO)37 if(dup2(fd1[0],STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO)38 {39 perror("dup2 error in stdin");40 close(fd1[0]);41 exit(-1);42 };43 if(fd2[1] != STDOUT_FILENO)44 if(dup2(fd2[1],STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)45 {46 perror("dup2 error in stdout");47 close(fd2[1]);48 exit(-1);49 };50 if(execl(".//add","add",(char *)0) == -1)51 {52 perror("execl() error");53 exit(-1);54 }55 }56 else57 {58 close(fd1[0]);59 close(fd2[1]);60 printf("Enter two number: ");61 while(fgets(line,MAXLINE,stdin) != NULL)62 {63 n = strlen(line);64 if(write(fd1[1],line,n) != n)65 {66 perror("write errot to pipe");67 exit(-1);68 }69 if((n=read(fd2[0],line,MAXLINE)) ==-1)70 {71 perror("read error to pipe");72 exit(-1);73 }74 if(n== 0)75 {76 printf("child close pipe.\n");77 break;78 }79 line[n] = '\0';80 printf("The result is: ");81 fputs(line,stdout);82 }83 }84 }85 86 static void sig_pipe(int signo)87 {88 printf("SIGPIPE caught\n");89 exit(1);90 }
程序执行结果如下：
2、FIFO
FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信。FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。
命名管道的命名管道创建：int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode) 。
命名管道的打开：命名管道比管道多了一个打开操作：open ，在open时,用O_NONBLOCK 标志表示非阻塞模式,如fd=open(“/tmp/fifo”,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0)。命名管道的读入：read 读取管道数据，读取分为阻塞和非阻塞模式,阻塞模式下,如果没有数据被入,进程会在read处停下来.直到有新数据被写入,或管道被关闭,才会继续。命名管道的写入：write 写入管道数据，PIPE_BUF表示一次触发管道读操作最大长度.如果每次写入数据长于PIPE_BUF ,write将会多次触发read 操作。命名管道的关闭：管道文件也是一种文件,因此用close关闭即可。FIFO的两种用途：
（1）FIFO有shell命令使用以便将数据从一条管道线传送到另一条，为此无需创建中间临时文件。
（2）FIFO用于客户进程—服务器进程应用程序中，以在客户进程和服务器进程之间传递数据。
3、XSI IPC
消息队列、信号量、共享存储区相似的特征如下：具有标识符和键，标识符是IPC对象的内部名，每个IPC对象都与一个键相关联，创建IPC结构需要指定一个键，键的数据类型为key_t。每个IPC都设置了权限结构。
优点及缺点：IPC结构是在系统范围内起作用，没有访问计数。在文件系统中没有名字，不使用文件描述符，不能对它们使用多路转接I/O函数。优点：可靠、流是受控的，面向记录、可以用非先进先出方式处理。