IPC

进程间通信(IPC)

介绍

进程间通信（IPC，Inter-Process Communication），指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。进程是计算机系统分配资源的最小单位。每个进程都有自己的一部分独立的系统资源，彼此是隔离的。为了能使不同的进程互相访问资源并进行协调工作，才有了进程间通信。这些进程可以运行在同一计算机上或网络连接的不同计算机上。 进程间通信技术包括消息传递、同步、共享内存和远程过程调用。 IPC是一种标准的Unix通信机制。

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

本地过程调用(LPC)

本地过程调用(LPC)LPC用在多任务操作系统中，使得同时运行的任务能互相会话。这些任务共享内存空间使任务同步和互相发送信息。

远程过程调用(RPC)

远程过程调用(RPC)RPC类似于LPC，只是在网上工作。RPC开始是出现在Sun微系统公司和HP公司的运行UNIX操作系统的计算机中。

方式

1. 管道/匿名管道(pipe) 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。
2. 有名管道(named pipe) FIFO
3. 高级管道(popen)
4. 信号量(semaphore)
5. 信号(Signal)
6. 消息(Message)队列
7. 共享内存(share memory)
8. 套接字(socket)

匿名管道通信

匿名管道(pipe)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

// 需要的头文件
#include <unistd.h>

// 通过pipe()函数来创建匿名管道
// 返回值：成功返回0，失败返回-1
// fd参数返回两个文件描述符
// fd[0]指向管道的读端，fd[1]指向管道的写端
// fd[1]的输出是fd[0]的输入。
int pipe (int fd[2]);123456789

通过匿名管道实现进程间通信的步骤如下：

• 父进程创建管道，得到两个⽂件描述符指向管道的两端
• 父进程fork出子进程，⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。
• 父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]，即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。

进程间的通信方式——pipe（管道）

有名管道通信

有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

高级管道通信

高级管道(popen)：将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前程序的子进程，这种方式我们成为高级管道方式。

信号量

信号量(semophore) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

信号

信号 (sinal) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

消息队列通信

消息队列(message queue) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

共享内存通信

共享内存( shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

套接字通信

套接字( socket ) ： 套接口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

命名socket

SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量。

绑定

SOCK_STREAM 式本地套接字的通信双方均需要具有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用 struct sockaddr_un 类型的变量，将相应字段赋值，再将其绑定在创建的服务器套接字上，绑定要使用 bind 系统调用，其原形如下：

int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);1

其中 socket表示服务器端的套接字描述符，address 表示需要绑定的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示该本地地址的字节长度。

监听

服务器端套接字创建完毕并赋予本地地址值（名称，本例中为Server Socket）后，需要进行监听，等待客户端连接并处理请求，监听使用 listen 系统调用，接受客户端连接使用accept系统调用，它们的原形如下：

int listen(int socket, int backlog);

int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);123

其中 socket 表示服务器端的套接字描述符；backlog 表示排队连接队列的长度（若有多个客户端同时连接，则需要进行排队）；address 表示当前连接客户端的本地地址，该参数为输出参数，是客户端传递过来的关于自身的信息；address_len 表示当前连接客户端本地地址的字节长度，这个参数既是输入参数，又是输出参数。

连接服务器

客户端套接字创建完毕并赋予本地地址值后，需要连接到服务器端进行通信，让服务器端为其提供处理服务。

对于SOCK_STREAM类型的流式套接字，需要客户端与服务器之间进行连接方可使用。连接要使用 connect 系统调用，其原形为

int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);1

其中socket为客户端的套接字描述符，address表示当前客户端的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量，address_len 表示本地地址的字节长度。实现连接的代码如下：

connect(client_sockfd, (struct sockaddr*)&client_address, sizeof(client_address));1

相互发送接收数据

无论客户端还是服务器，都要和对方进行数据上的交互，这种交互也正是我们进程通信的主题。一个进程扮演客户端的角色，另外一个进程扮演服务器的角色，两个进程之间相互发送接收数据，这就是基于本地套接字的进程通信。发送和接收数据要使用 write 和 read 系统调用，它们的原形为：

int read(int socket, char *buffer, size_t len);
int write(int socket, char *buffer, size_t len);12

其中 socket 为套接字描述符；len 为需要发送或需要接收的数据长度；

对于 read 系统调用，buffer 是用来存放接收数据的缓冲区，即接收来的数据存入其中，是一个输出参数；

对于 write 系统调用，buffer 用来存放需要发送出去的数据，即 buffer 内的数据被发送出去，是一个输入参数；返回值为已经发送或接收的数据长度。

断开连接

交互完成后，需要将连接断开以节省资源，使用close系统调用，其原形为：

int close(int socket);1

IPC和RPC有什么区别

IPC 是同一设备内进程间的通信方式，RPC 则是不同设备（或同一设备）上进程间的远程通信方式，二者的核心区别在于通信范围和实现原理。

1. 核心定义与通信范围

• IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）
  • 定义：用于同一台设备上不同进程之间的数据交换。
  • 范围：仅限本地，无法跨网络。
  • 例子：Windows 的管道、Linux 的信号量、消息队列等。
• RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用）
  • 定义：允许不同设备（或同一设备）上的进程，像调用本地函数一样调用远程进程的函数。
  • 范围：支持跨网络，也可用于本地。
  • 例子：gRPC、Thrift、Dubbo 等。

2. 关键区别对比

3. 应用场景差异

• IPC 的典型场景
  1. 本地软件的多进程协作，比如浏览器的渲染进程与主进程通信。
  2. 操作系统内部的进程调度，比如系统服务与应用程序的数据交互。
• RPC 的典型场景
  1. 分布式系统，比如微服务架构中，订单服务调用支付服务。
  2. 跨设备协作，比如手机 APP 调用云端服务器的接口。

IPC和RPC实现库或框架的对比

以下是常见的 IPC 和 RPC 实现库 / 框架的对比，涵盖了主流技术方案及其核心特性：

1. 常见 IPC 实现及对比

2. 常见 RPC 框架及对比

3. 核心差异总结

1. IPC 更侧重本地效率：共享内存、消息队列等本地 IPC 技术追求极致性能，通常不考虑跨网络场景。
2. RPC 更侧重远程通用性：需解决网络传输、序列化、跨语言兼容等问题，性能略低于本地 IPC，但支持分布式架构。
3. 选择依据：
   • 本地通信：优先考虑共享内存（高性能）或 Socket（跨语言）。
   • 远程通信：微服务选 gRPC/Dubbo，跨语言高性能选 Thrift，轻量场景选 JSON-RPC。

需要某类技术的具体使用示例（如 gRPC 的 HelloWorld 实现），可以告诉我，我会进一步补充。

资料

• 进程间的通信方式——pipe（管道）
• Linux下socket编程实现客户机服务器通信的例子
• Linux进程间套接字（Socket）通信
• 基于Internet的Linux客户机/服务器系统通讯设计与实现