IPC 是 Inter-Process Communication（進程間通信）的縮寫，指的是操作系統中不同進程之間傳遞數據、交換信息或同步行為的機制。由于進程在內存中擁有獨立的地址空間，無法直接訪問彼此的內存，因此需要通過操作系統提供的特殊接口實現進程間的協作。
IPC 的主要用途
- 數據共享：多個進程共享同一份數據（如配置文件、緩存等）。
- 信息傳遞：進程間發送消息或命令（如客戶端向服務器發送請求）。
- 同步與互斥：協調多個進程對共享資源的訪問（如避免同時修改同一個文件）。
- 通知事件：一個進程通知其他進程某個事件發生（如數據準備就緒）。
常見的 IPC 機制
不同操作系統（如 Linux、Windows）提供的 IPC 機制略有差異，以下是 Unix/Linux 系統中常用的 IPC 方式：
1. 管道（Pipe）
- 特點：半雙工（單向通信），只能在父子進程或兄弟進程間使用。
- 原理：通過內核緩沖區實現，一端寫入數據，另一端讀取數據。
- 示例：shell 中的管道命令
cmd1 | cmd2就是通過管道傳遞數據。
2. 命名管道（FIFO）
- 特點：與管道類似，但可以在任意進程間使用（通過文件系統中的路徑標識）。
- 原理：以特殊文件的形式存在于文件系統中，進程通過打開該文件進行讀寫。
3. 信號（Signal）
- 特點：用于通知進程發生了某個事件（如
Ctrl+C發送SIGINT信號終止進程）。 - 原理：每種信號對應一個預設的處理動作（如終止、忽略、執行自定義函數）。
- 局限性：只能傳遞簡單的事件標識，無法攜帶大量數據。
4. 消息隊列（Message Queue）
- 特點：允許進程發送帶有類型的消息，按隊列方式存儲，接收方可以按類型讀取。
- 優勢：可在任意進程間使用，支持異步通信，消息可持久化。
5. 共享內存（Shared Memory）
- 特點：多個進程共享同一塊物理內存，是速度最快的 IPC 方式。
- 原理：通過內核將同一塊內存映射到多個進程的地址空間，進程直接讀寫內存實現通信。
- 注意：需要配合信號量等同步機制避免并發沖突。
6. 信號量（Semaphore）
- 特點：不是用于傳遞數據，而是用于實現進程間的同步與互斥（如控制對共享資源的訪問）。
- 原理：通過一個計數器控制進程的訪問權限，計數器為 0 時進程阻塞等待。
7. 套接字（Socket）
- 特點：可用于同一主機內的進程通信，也支持跨網絡的進程通信（如客戶端與服務器）。
- 優勢：通用性強，是網絡編程的核心機制，支持 TCP、UDP 等協議。
各種 IPC 機制的對比
| 機制 | 速度 | 適用場景 | 跨網絡支持 | 數據量限制 |
|---|---|---|---|---|
| 管道/命名管道 | 中等 | 簡單的單向/雙向數據傳遞 | 不支持 | 受內核緩沖區限制 |
| 信號 | 快 | 事件通知（如異常終止） | 不支持 | 僅能傳遞信號編號 |
| 消息隊列 | 中等 | 帶類型的異步消息傳遞 | 不支持 | 受隊列大小限制 |
| 共享內存 | 最快 | 大量數據共享 | 不支持 | 受系統內存限制 |
| 信號量 | 快 | 同步與互斥（無數據傳遞） | 不支持 | 無數據傳遞 |
| 套接字 | 較慢 | 跨進程/跨網絡通信 | 支持 | 可傳輸大量數據 |
總結
IPC 是多進程協作的基礎，不同的 IPC 機制適用于不同場景：
- 簡單的本地通信可用 管道 或 命名管道；
- 快速共享大量數據選 共享內存（需配合信號量）；
- 跨網絡通信必須用 套接字；
- 事件通知用 信號，復雜消息傳遞用 消息隊列。
選擇合適的 IPC 機制需權衡速度、復雜度、適用范圍等因素。
