------ 小dora 操作系统学习笔记 Vol.5 · 进程通信篇（IPC）
dora："我创建了两个进程，咋让它们对话？"
操作系统冷冷一笑："进程是天生孤独的，但我给你桥梁。"
本章目标是：让你轻松理解操作系统中**进程通信（Inter-Process Communication, IPC）**的几种典型方式------信号、管道、共享内存、Socket，并且知道什么时候该用谁，背后又是啥机制。
🧠 一、进程为什么不能直接对话？
操作系统的"内存隔离机制"决定了：
- 每个进程都有独立的虚拟地址空间
- 你无法直接访问另一个进程的变量、堆或栈
所以：必须借助操作系统提供的"中介"来通信，这就是 IPC。
📌 巧记口诀：
"进程像独立公寓，交流靠物业搭电梯。"
🔔 二、信号（Signal）：最基础的通信方式
信号本质上是一个"异步中断"，用于通知进程发生了某个事件。
常见信号：
| 信号编号 | 名称 | 含义 |
|---|---|---|
| 2 | SIGINT | Ctrl+C 中断 |
| 9 | SIGKILL | 强制杀死进程 |
| 15 | SIGTERM | 请求终止进程 |
| 17/18/20 | SIGCHLD | 子进程退出通知 |
特点：
- 轻量级，无需共享资源
- 通信粒度小，不能传输数据（只能传 signal）
📌 常用于：中断处理、父子进程通知、定时任务
📌 巧记口诀：
"信号像微信提醒，只能告诉你'有事'，不能说'啥事'。"
🧵 三、管道（Pipe）：标准 I/O 的串联通道
3.1 匿名管道
arduino
int pipe(int fd[2]);fd[0]：读端fd[1]：写端
用于具有亲缘关系的进程（如父子）
📌 示例：
shell
$ ls | grep .txtShell 实际上：
- fork 出两个子进程
- 用 pipe 把
ls的 stdout 和grep的 stdin 串起来
📌 特点：
- 单向
- 仅限父子进程
3.2 命名管道（FIFO）
bash
mkfifo mypipe- 可用于任意两个进程（不一定有亲缘关系）
- 存在于文件系统中，类似设备文件
📌 巧记口诀：
"匿名管道像耳语，只能和亲人讲；命名管道像喇叭，大家都能听。"
🧠 四、共享内存（Shared Memory）：最快的通信方式
"你不许动我空间，但我允许你搬来一起住。"
共享内存是多个进程共享一块物理内存区域：
ini
int shmid = shmget(key, size, IPC_CREAT);
void* addr = shmat(shmid, NULL, 0);优点：
- 不需要数据拷贝（零拷贝）
- 快到飞起，常用于实时系统、数据库、图像处理
缺点：
- 不安全，需额外同步机制（信号量、互斥锁）
📌 巧记口诀：
"共享内存像情侣合租，快是快，但吵架频繁要协调。"
⚖️ 五、信号量（Semaphore）：共享内存的好搭档
- 本质：一个整型变量 + PV 操作
- 用于控制共享资源的访问顺序，避免竞态条件（race condition）
scss
sem_wait(&sem); // P操作，等待资源
sem_post(&sem); // V操作，释放资源📌 常与共享内存配合使用
📌 巧记口诀：
"你用锅我用铲，排好队不打架。"
🌐 六、Socket 通信：远程/本地皆可聊
Socket 是最强大的 IPC：
- 可以进程内通信（UNIX 域 Socket）
- 也可以跨主机通信（TCP/IP）
scss
socket() → bind() → listen() → accept()或：在 Node.js 中这样写：
ini
const net = require('net');
const server = net.createServer(socket => {
socket.write('hello client');
});
server.listen(8080);📌 巧记口诀：
"Socket 是全球通，跨城跨国都能通。"
🔍 七、总结对比：选谁好？
| 方式 | 是否可跨主机 | 是否传数据 | 速度 | 使用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 信号 Signal | 否 | 否 | 快 | 中断、通知 |
| 管道 Pipe | 否 | ✅ | 中 | 父子、串联任务 |
| 共享内存 | 否 | ✅✅ | 最快 | 数据库、实时系统 |
| Socket | ✅ | ✅ | 中等 | 网络通信、服务端 |
📌 巧记口诀：
"信号吼一声，管道说一句，内存放全文，Socket 发快递。"
🧪 面试练习题
Q1：进程之间不能直接访问彼此内存的原因？
✅ 答案：虚拟地址空间隔离（保护性设计）
Q2：哪种 IPC 方式最快？为何？
✅ 答案：共享内存；因无需拷贝、直接访问物理页
Q3：Socket 为何可以跨主机？
✅ 答案：基于网络协议栈，使用 IP + 端口通信
Q4：信号量是做什么用的？
✅ 答案：同步访问共享资源，防止竞态条件
✅ 总结：
"进程各自为战，通信靠中介；哪种方式靠谱，还得看场景！"