003_音频开发_基础篇_Linux进程通信（20种你了解几种？)

创作背景

学历代表过去、能力代表现在、学习力代表将来。 一个良好的学习方法是通过输出来倒逼自己输入。写博客既是对过去零散知识点的总结和复盘，也是参加了 零声教育 写博客活动。

零声教育体验课：https://xxetb.xetslk.com/s/3fbO81

本文是开发过程中的知识点总结，供大家学习交流使用，如有任何错误或不足之处，请在评论区指出。

Linux 进程通信类型

如下表描述了Linux常用进程间通信方式了，包含了多种技术，例如基于系统调用、套接字、共享内存和消息队列等，用于实现进程之间的数据传输、同步和协作，以满足不同应用场景下的需求。

序号	中文名	英文名	描述
1	管道	Pipe	匿名管道 在父子进程或兄弟进程之间进行通信。 命名管道 独立进程间通信
2	消息队列	Message Queues	进程之间通过消息队列进行通信，可以实现异步通信。
3	共享内存	Shared Memory	进程可以通过映射共享内存区域来实现共享数据，提高通信效率。
4	信号	Signals	进程可以通过信号来通知其他进程发生了某些事件。
5	信号量	Semaphores	用于控制对共享资源的访问，防止多个进程同时访问造成冲突。
6	文件锁	File Locks	进程可以通过文件锁来实现对共享文件的互斥访问。
7	共享文件	Shared Files	进程可以通过读写共享文件来进行通信，但需要注意同步和并发访问的问题。
8	Memory Mapped Files	Memory Mapped Files	进程可以将文件映射到它们的地址空间中，实现对文件内容的共享访问。
9	直接操作内存	Direct Memory Access	进程可以直接读写其他进程的内存来进行通信，但这通常需要特殊的权限和保护机制。
10	Event Loops	Event Loops	进程可以使用事件循环来监听和处理事件，实现进程间的消息传递和通知。
11	套接字/UDS	Unix	Unix域套接字（Unix Domain Socket），用于本地进程间通信。
12	DBus	dbus	D-Bus 是一个进程间通信机制，常用于 Linux 桌面环境中实现进程间通信和协作。
13	套接字/IP	IP	Internet套接字（Internet Domain Socket），用于在网络中进行通信。
14	Remote Procedure Calls	RPC	允许进程调用另一个进程中的函数，实现远程通信和协作。
15	RPC over HTTP	RPC over HTTP	使用HTTP协议作为传输层，通过远程过程调用（RPC）来进行进程间通信。
16	ZeroMQ	ZeroMQ	ZeroMQ 是一个开源的消息队列库，提供了丰富的 API 和通信模式，用于实现进程间通信。
17	Socket Activation	Socket Activation	systemd中的一种机制，允许在需要时才启动服务进程。通过UNIX域套接字传递连接。
18	RabbitMQ	RabbitMQ	基于AMQP协议的开源消息代理，用于实现可靠的异步通信。
19	gRPC	gRPC	gRPC 是一个高性能、开源的远程过程调用（RPC）框架，可以用于实现进程间通信。
20	Protocol Buffers	Protocol Buffers	使用序列化格式将数据结构编码后进行传输，实现进程间通信。
21	FlatBuffers	FlatBuffers	使用序列化格式将数据结构编码后进行传输，实现进程间通信。

fork() 函数

• fork() 是一个系统调用，用于创建一个与当前进程完全相同的新进程。
• 原进程称为 父进程，新创建的进程称为 子进程。
• 在父进程中，fork() 返回子进程的进程 ID；在子进程中，fork() 返回 0。
• 在调用 fork() 时，两个内存空间具有相同的内容。
• 一个进程进行的内存写操作、文件映射和解除映射操作不会影响另一个进程。
• 注意： fork() 调用会有 2 次返回，正常我们的函数调用只有一次返回。

fork() 输出 2 次

fork() 函数调用后输出两次：当前进程 +  子进程

int main(void)
{
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());
    fork();
    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    
    return 0;
}

fork() 输出 8 次

int main(void)
{
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());
     
    fork(); 
    fork(); 
    fork();
    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    return 0;
}

fork() 返回值

fork() 函数在父进程中返回子进程的进程 ID，而在子进程中返回 0。调用失败，它将返回一个负值，通常是 -1，表示创建新进程失败。

int main(void)
{
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());
    pid_t pid = fork();
    if (0 == pid)
    {
        printf("child pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    }
    else if (0 < pid)
    {
        printf("pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    }
    else
    {
        printf("fork() failed.\n");
    }
    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    return 0;
}

fork() 创建子进程 方式一

父进程创建 2 个子进程

int main()
{
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());
    // 1. parent
    pid_t id = fork();
    if (id == 0) // 2. new child
    {
        fork(); // 3. return twice (one is new child)
    }
    // total: 3 thread = 1 current + 2 child
    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    return 0;
}

fork() 创建子进程 方式二

父进程创建 4 个子进程

int main()
{
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());    // 1. parent
    pid_t id = fork();
    if (id == 0) // 2. new child
    {
        id = fork();
        if (id == 0) // 3. new child
        {
            id = fork();
            if (id == 0) // 4. new child
            {
                fork(); // 5. return twice (one is new child)
            }
        }
    }    // total: 3 thread = 1 parent + 4 child    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    return 0;
}

fork() 创建子进程 方式三

父进程创建 4 个子进程

int main(void) {
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());    pid_t id[4];    // 1. parent
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        id[i] = fork();
        if (id[i] == 0) // 2. new 4 child, by the same parent.
        {
            printf("\tI'm child pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
            break;
        }
        else if (id[i] > 0)
        {
            printf("\tI'm parent pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
        }
        else
        {
            printf("fork() failed.\n");
        }
    }    // total: 5 thread = 1 parent + 4 child    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid()); // print 5 times
    return 0;
}

fork() 创建子进程 方式四

父进程比子进程先退出，子进程会变为“孤儿进程”，被1 号/init --user进程收养，进程编号也会变为 1。

int main()
{
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());
    pid_t id[4];
    // 1. parent
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        id[i] = fork();
        if (id[i] > 0) // 2. new 4 child, child create child.
        {
            break;
        }
        else if (id[i] == 0) // child exit
        {}
        else //failed 
        {}
    }
    // total: 5 thread = 1 parent + 4 child    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    return 0;
}

fork() 复制父进程上下文

char buffer[64] = "hello world!";
int main()
{
    printf("#### Start pid=%d, parent pid=%d\n\n", getpid(), getppid());
    pid_t pid = fork();
    if (0 < pid) // parent
    {
        printf("\tI'm parent pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            sleep(1);
            printf("\t%d)Parent (%s)\n", i, buffer);
        }
    }
    else if (0 == pid) // child
    {
        printf("\tI'm child pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            if (1 == i) // child thread modify buffer 
            {
                strcpy(buffer, "Sub message.");
            }
            sleep(1);
            printf("\t%d)Sub (%s)\n", i, buffer);
        }
    }
    else
    {
        printf("fork() failed.\n");
    }
    printf("#### Exit pid=%d, parent pid=%d\n", getpid(), getppid());
    return 0;
}

Socket 套接字（待更新）

Socket - (Linux IP 协议)

Socket - UDS

IP 协议 VS. UDS

UDS 应用场景 —— Docker Daemon

UDS 应用场景 —— Azure IoT Edge

Socket Activation

管道 pipe

匿名管道 Anonymous pipes

命名管道 Named pipe/FIFOs

消息队列

共享内存

信号量

文件锁

共享文件

RPC (Remote Procedure Call)

Protocol Buffer

gRPC

RabbitQM

ZeroMQ

RPC over HTTP

FlatBuffers