linux当中的六大进程间通信方式

IPC-InterProcess Communication

管道 (Pipe)

传输无格式的字节流
半双工

匿名管道 (Anonymous Pipe)

只存在在内存当中
父子等亲缘进程间的单向数据
生存周期：随着亲缘进程的退出而消失

在shell当中的 | 就是创建了匿名管道

命名管道 (Named Pipe / FIFO)

是一种文件，存储在文件系统当中
任何进程之间都可以使用有名管道进行通信
生命周期：一直存在在文件系统当中，主动删除才会消失

// 程序当中创建fifomkfifo(管道文件路径,权限位);

# shell当中创建fifomkfifo管道名

信号 (Signal)

软中断
本质：进程信息结构体中的int类型的信号位
一种异步通知机制，用于通知进程发生了某种事件，传递信息量小，主要用于异常处理或进程控制，而非大批量数据交换。

不可靠信号（1-31）

套接字 (Socket)

Unix域套接字 (Unix Domain Socket) 最初由BSD开发，是最通用的IPC机制，支持不同计算机间的网络通信。其本地通信模式（Unix域套接字）也常用于单机内高效的双向通信。

TCP/UDP—ROS1

DDS—ROS2

消息队列(Message Queue)

在kernel当中的位置ipc/msg.c
数据结构：链表

//System V#include<sys/msg.h>// 创建---message getintmsgget(key_tkey,intmsgflg);key：队列的键值ftok()生成 IPC_PRIVATE msgflg：权限和标志 IPC_CREAT创建 IPC_EXCL防止重复创建 权限位(eg：0666)返回值：成功返回消息队列ID（msqid），失败返回-1// 发送方---message sendintmsgsnd(intmsqid,constvoid*msgp,size_tmsgsz,intmsgflg);msqid：msgget()返回的队列ID。 msgp：指向消息结构体（自定义）。 msgsz：消息数据部分大小。 msgflg：0：阻塞 IPC_NOWAIT：非阻塞，队列满则返回错误 返回值：成功返回0，失败返回-1。// 接收方---message receivessize_tmsgrcv(intmsqid,void*msgp,size_tmsgsz,longmsgtyp,intmsgflg);msqid：msgget()返回的队列ID。 msgp：指向消息结构体（自定义，需要与发送者一样）。 msgsz：消息数据部分大小。 msgtyp：按类型读取的关键参数。0取队头消息，无论类型>0取该类型第一条<0取绝对值小于等于它的最小类型消息 msgflg：0：阻塞接收消息 IPC_NOTWAIT：消息队列为空时返回错误 MSG_EXCEPT：返回队列当中第一个不为msgtype的消息 返回值：成功返回实际读取的数据字节数，失败返回-1// 控制(包含删除)---message controlintmsgctl(intmsqid,intcmd,structmsqid_ds*buf);cmd：控制命令。 IPC_RMID用于删除队列。 IPC_STAT获取队列属性。 IPC_SET设置队列属性。 buf：用于存储或设置队列属性的结构体指针。 返回值：成功返回0，失败返回-1。

共享内存(Shared Memory)

实现方式：多个进程的虚拟内存映射到同一块物理内存区域
通信速度最快

#include// 获取键值（key_t）--- file tokenkey_tftok(constchar*pathname,intproj_id);pathname：必须是一个已存在且可以访问的文件路径 proj_id：项目标识符。它可以用来区分同一个文件生成的多个不同的键值 返回值：键值（key_t），失败返回-1// 创建---shared memory getintshmget(key_tkey,size_tsize,intshmflg);key：键值 size：共享内存大小（字节），建议为页大小（4096）的整数倍 shmflg：创建方式 IPC_CREAT：不存在则创建，存在则返回标识符 IPC_EXCL：如果存在则返回错误0666：权限 返回值：共享内存标识符---句柄（shmid），失败返回-1// 挂载---shared memory attachvoid*shmat(intshmid,constvoid*shmaddr,intshmflg);shmid：共享内存标识符 shmaddr：通常设为NULL，由系统自动选择地址 shmflg：共享内存读写权限0：可读写 SHM_RDONLY：只读 返回值：共享内存起始地址指针，失败返回(void*)-1// 分离---shared memory detachintshmdt(constvoid*shmaddr);shmaddr：要断开的内存的地址 返回值：成功返回0，失败返回-1// 控制（包括删除）---shared memory controlintshmctl(intshmid,intcmd,structshmid_ds*buf);shmid：共享内存标识符 cmd：控制命令 IPC_RMID删除 IPC_STAT获取状态 IPC_SET设置共享内存状态信息 buf：保存状态信息的数据结构 返回值：成功返回0，失败返回-1

ROS2当中的零拷贝，就是共享内存

信号量(Semaphore)

• 二值信号量
• 计数信号量

// 创建---semaphore getintsemget(key_tkey,intnsems,intsemflg);key：信号量标识，**不同进程可以使用同一个信号量**nsems：信号量集中信号量的个数 semflg：信号量集的访问权限 IPC_CREAT|0666返回值：信号量标识符---句柄（semid），失败返回-1// 控制信号量集---semaphore controlintsemctl(intsemid,intsemnum,intcmd,...);semid：信号量标识符 semnum：信号量在集中的索引 cmd：控制命令 SETVAL：设置值 IPC_STAT：获取信号量集的状态信息。 IPC_RMID：删除信号量集。 GETVAL：获取信号量的当前值， GETPID：获取最后一个对信号量执行wait操作的进程的PID。 GETNCNT：获取等待信号量值大于0的进程数。 GETZCNT：获取等待信号量值等于0的进程数。..：可选参数，其类型和含义取决于cmd参数的值。 返回值：取决于cmd，失败返回-1// 使用（P/V操作）---semaphore operationintsemop(intsemid,structsembuf*sops,unsignednsops);semid：信号量标识符 sops：操作数组 包含 sem_num（信号量索引）、sem_op（操作值）、sem_flg（标志）// nsops：操作数组的元素个数// 返回值：成功返回0，失败返回 -1structsembuf{unsignedshortsem_num;// 信号量索引shortsem_op;// 操作值shortsem_fig;// 标志}

System V IPC
这是AT&T贝尔实验室发展的一套经典IPC机制，适用于单机内部通信。共享内存是最快的IPC方式，而信号量则常作为同步工具配合使用。
POSIX IPC
为提升System V IPC的可移植性和灵活性而设计的标准化接口。它提供了更现代化的API，并且新增了线程同步原语（如互斥量、条件变量）。

POSIX消息队列 (mqueue.h)

POSIX 消息队列相比 System V 消息队列，提供了基于优先级的消息传递、异步通知机制（信号或线程）、以及更简洁的文件描述符式 API。编译时需链接-lrt。

// 打开/创建消息队列mqd_tmq_open(constchar*name,intoflag,.../* mode_t mode, struct mq_attr *attr */);name：消息队列名称，必须以斜杠开头（如"/myqueue"），且不含其他斜杠 oflag：访问标志 O_RDONLY：只读 O_WRONLY：只写 O_RDWR：读写 O_CREAT：不存在则创建（需提供 mode 和 attr 参数） O_EXCL：与 O_CREAT 连用，队列已存在则失败 O_NONBLOCK：非阻塞模式 mode：创建权限（如0666），仅在 O_CREAT 时使用 attr：队列属性，NULL表示使用系统默认值structmq_attr{longmq_flags;// 队列标志，0 或 O_NONBLOCKlongmq_maxmsg;// 队列最大消息数longmq_msgsize;// 单条消息最大字节数longmq_curmsgs;// 当前队列中消息数（只读）};返回值：成功返回消息队列描述符（mqd_t），失败返回(mqd_t)-1并设置 errno// 发送消息intmq_send(mqd_tmqdes,constchar*msg_ptr,size_tmsg_len,unsignedintmsg_prio);mqdes：mq_open()返回的队列描述符 msg_ptr：指向消息数据的指针 msg_len：消息长度（字节数），不能超过 mq_msgsize msg_prio：消息优先级，值越大优先级越高，队列按优先级从高到低排序 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：若队列满且未设置 O_NONBLOCK，调用线程将阻塞// 带超时发送消息intmq_timedsend(mqd_tmqdes,constchar*msg_ptr,size_tmsg_len,unsignedintmsg_prio,conststructtimespec*abs_timeout);abs_timeout：绝对超时时间（基于 CLOCK_REALTIME） 返回值：成功返回0，超时返回-1且 errno 为 ETIMEDOUT// 接收消息ssize_tmq_receive(mqd_tmqdes,char*msg_ptr,size_tmsg_len,unsignedint*msg_prio);mqdes：mq_open()返回的队列描述符 msg_ptr：存储接收消息的缓冲区 msg_len：缓冲区大小，必须>=mq_msgsize msg_prio：若非NULL，存储接收消息的优先级 返回值：成功返回接收到的字节数，失败返回-1并设置 errno 说明：始终接收队列中优先级最高的消息// 带超时接收消息ssize_tmq_timedreceive(mqd_tmqdes,char*msg_ptr,size_tmsg_len,unsignedint*msg_prio,conststructtimespec*abs_timeout);abs_timeout：绝对超时时间（基于 CLOCK_REALTIME） 返回值：成功返回接收到的字节数，超时返回-1且 errno 为 ETIMEDOUT// 注册异步通知intmq_notify(mqd_tmqdes,conststructsigevent*notification);mqdes：mq_open()返回的队列描述符 notification：通知方式structsigevent{intsigev_notify;// 通知方式SIGEV_NONE：不通知 SIGEV_SIGNAL：发送信号 SIGEV_THREAD：启动线程intsigev_signo;// 信号编号（SIGEV_SIGNAL 时）unionsigval sigev_value;// 信号附带数据void(*sigev_notify_function)(unionsigval);// 线程函数（SIGEV_THREAD 时）pthread_attr_t*sigev_notify_attributes;// 线程属性};返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：每个队列同一时间只能有一个进程注册通知 当队列从空变为非空时，系统向注册进程发送通知 通知发生后注册自动解除，需重新注册// 获取队列属性intmq_getattr(mqd_tmqdes,structmq_attr*attr);mqdes：mq_open()返回的队列描述符 attr：存储属性的结构体指针 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno// 设置队列属性intmq_setattr(mqd_tmqdes,conststructmq_attr*newattr,structmq_attr*oldattr);mqdes：mq_open()返回的队列描述符 newattr：新属性（仅 mq_flags 中的 O_NONBLOCK 标志可修改） oldattr：保存修改前的属性，不需要时设为NULL返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno// 关闭消息队列intmq_close(mqd_tmqdes);mqdes：mq_open()返回的队列描述符 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：关闭描述符，但不删除队列。进程终止时自动关闭所有已打开的队列// 删除消息队列intmq_unlink(constchar*name);name：消息队列名称 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：删除队列名称。若仍有进程打开该队列，队列在所有进程关闭后才被销毁 类似文件系统的 unlink 机制

POSIX信号量 (semaphore.h)

POSIX 信号量相比 System V 信号量，API 更简洁，分为有名信号量（可用于不相关进程间）和无名信号量（基于内存，用于线程或亲缘进程间）。编译时需链接-pthread（无名信号量）或-lrt（部分系统有名信号量）。

有名信号量

// 打开/创建有名信号量sem_t*sem_open(constchar*name,intoflag,.../* mode_t mode, unsigned int value */);name：信号量名称，必须以斜杠开头（如"/mysem"） oflag：访问标志 O_CREAT：不存在则创建（需提供 mode 和 value 参数） O_EXCL：与 O_CREAT 连用，信号量已存在则失败 mode：创建权限（如0666），仅在 O_CREAT 时使用 value：信号量初始值 返回值：成功返回信号量指针，失败返回 SEM_FAILED 并设置 errno// 关闭有名信号量intsem_close(sem_t*sem);sem：sem_open()返回的信号量指针 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：关闭信号量，进程终止时自动关闭所有已打开的信号量// 删除有名信号量intsem_unlink(constchar*name);name：信号量名称 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：删除信号量名称。若仍有进程打开，信号量在所有进程关闭后才被销毁

无名信号量

// 初始化无名信号量intsem_init(sem_t*sem,intpshared,unsignedintvalue);sem：指向信号量对象的指针 pshared：共享属性0：仅在同一个进程的线程间共享 非0：可在进程间共享（信号量需位于共享内存区域） value：信号量初始值 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno// 销毁无名信号量intsem_destroy(sem_t*sem);sem：指向信号量对象的指针 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：销毁前确保没有线程在等待该信号量 仅对 sem_init 初始化的信号量使用，不可用于有名信号量

通用操作（有名/无名信号量通用）

// P操作 - 等待信号量（阻塞）intsem_wait(sem_t*sem);sem：指向信号量对象的指针 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：将信号量值减1。若值已为0，调用线程阻塞直到值大于0// P操作 - 尝试等待信号量（非阻塞）intsem_trywait(sem_t*sem);sem：指向信号量对象的指针 返回值：成功返回0，失败返回-1且 errno 为 EAGAIN（信号量值为0）// P操作 - 带超时等待信号量intsem_timedwait(sem_t*sem,conststructtimespec*abs_timeout);sem：指向信号量对象的指针 abs_timeout：绝对超时时间（基于 CLOCK_REALTIME） 返回值：成功返回0，超时返回-1且 errno 为 ETIMEDOUT// V操作 - 释放信号量intsem_post(sem_t*sem);sem：指向信号量对象的指针 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：将信号量值加1，若有线程在等待则唤醒其中一个// 获取信号量当前值intsem_getvalue(sem_t*sem,int*sval);sem：指向信号量对象的指针 sval：存储信号量当前值的指针 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：返回值为调用瞬间的快照，可能立即过时（仅作调试/监控用途）

POSIX共享内存 (sys/mman.h)

POSIX 共享内存通过内存映射文件（memfd）实现，使用文件描述符操作，比 System V 共享内存的 shmget/shmat 接口更统一。编译时需链接-lrt（部分系统还需-lpthread）。

// 创建/打开共享内存对象intshm_open(constchar*name,intoflag,mode_tmode);name：共享内存对象名称，必须以斜杠开头（如"/myshm"），且不含其他斜杠 oflag：访问标志 O_RDONLY：只读 O_RDWR：读写 O_CREAT：不存在则创建 O_EXCL：与 O_CREAT 连用，对象已存在则失败 O_TRUNC：若对象已存在则将其截断为0长度 mode：创建权限（如0666），仅在 O_CREAT 时使用 返回值：成功返回文件描述符，失败返回-1并设置 errno 说明：shm_open 仅创建对象，大小初始为0，需用 ftruncate 设置大小// 设置共享内存大小intftruncate(intfd,off_tlength);fd：shm_open()返回的文件描述符 length：共享内存大小（字节），建议为页大小（4096）的整数倍 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：新创建的共享内存对象大小为0，必须调用 ftruncate 设置大小后才能映射// 内存映射void*mmap(void*addr,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset);addr：映射起始地址，通常设为NULL由系统选择 length：映射长度（字节） prot：内存保护标志 PROT_READ：可读 PROT_WRITE：可写 PROT_EXEC：可执行 PROT_NONE：不可访问 flags：映射标志 MAP_SHARED：共享映射，修改对其他进程可见且同步到底层对象 MAP_PRIVATE：私有映射，修改不反映到底层对象（写时复制） MAP_ANONYMOUS：匿名映射，不基于文件，fd 设为-1MAP_FIXED：强制映射到 addr 指定的地址（不推荐） fd：shm_open()返回的文件描述符（MAP_ANONYMOUS 时设为-1） offset：文件偏移量，必须为页大小的整数倍，通常设为0返回值：成功返回映射区域的指针，失败返回MAP_FAILED((void*)-1)并设置 errno// 解除映射intmunmap(void*addr,size_tlength);addr：mmap()返回的映射地址 length：映射长度 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：进程终止时自动解除所有映射// 同步映射区域到磁盘intmsync(void*addr,size_tlength,intflags);addr：映射地址 length：同步长度 flags：同步方式 MS_SYNC：同步等待写入完成 MS_ASYNC：异步发起写入 MS_INVALIDATE：使缓存失效，使后续访问重新从磁盘读取 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno// 关闭共享内存对象intclose(intfd);fd：shm_open()返回的文件描述符 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：关闭文件描述符，但不删除共享内存对象，也不解除已有的映射// 删除共享内存对象intshm_unlink(constchar*name);name：共享内存对象名称 返回值：成功返回0，失败返回-1并设置 errno 说明：删除共享内存对象名称。若仍有进程映射该对象，对象在所有映射解除后才被销毁 类似文件系统的 unlink 机制