作者：熊轶翔@熊仙僧，中国科学院软件研究所智能软件研究中心

上一章我们学习了进程调度，进程调度的过程是由操作系统内核管理的。在Linux中还存在着另一种由内核管理且又与进程运行息息相关的操作，也是就在本章所要介绍的进程间通信。

进程通信

在学习进程通信之前首先来了解一些要用到的概念。

• 亲缘关系：比如Linux中进程的父子关系，兄弟关系。
• 半双工：指数据可以在这个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。
• 全双工：在半双工的基础上，信号可以同时在两个方向上传输。
• 字节流：数据的存储以字节为单位，没有特别的格式。
• 数据报：将数据以若干个字节为单位组织成具有一定格式的数据单位，这个数据单位就叫数据报。
• 面向字节流：对于放入的数据只当作字节流来看待，而不关心数据内部的格式。
• 面向数据报：和面向字节流相反，将传入的数据以数据报为单位进行传输。
• 互斥：互斥是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性[1]。
• 同步：在互斥的基础上，通过某种机制让访问者对资源进行特定的顺序访问。

了解过Linux下进程空间的读者都已经知道进程只能在自己的内存地址空间内进行读写等操作，这虽然起到了保护内存的作用，但是进程间无法交流，这也就使得整个系统的作用有了很大的局限。为了克服这个局限，Linux提供了进程间通信(IPC)的机制。

以下是Linux下进程间通信的几种主要方式的简介[2]：

1. 匿名管道：本质是内核提供的一段内存（以队列的方式实现），不同进程借助这段内存完成进程间通信。实现方法是将管道这段内存空间抽象成文件，通过其文件描述符来读写管道对应的这块内存。
2. 命名管道：本质和匿名管道相同，对于进程通信的限制没有匿名管道那么苛刻。与匿名管道最大的区别就是命名管道可以通过其文件名来访问管道对应的内存。
3. 消息队列：本质是内核中的一个链表，因此在访问消息队列的时候，以节点为单元，对数据进行读、写。
4. 共享内存：同一块物理内存通过不同进程的页表分别映射到这些进程的虚拟地址空间中，当第一个进程修改变量时，对应物理内存地址保存的值发生变化，第二个进程再去读取，就能感知到变量的改变。
5. 信号量：信号量并不是让进程间能够直接的发送字符串数据，而是通过内核提供的功能，来完成进程之间的同步和互斥。

进程间进行通信，免不了要让不同的进程操作相同的资源，此时就可能会发生竞争。在了解完进程通信的各种方式之后，我们再来了解一下竞争的概念。

竞争，顾名思义就是不同进程对于同一个资源的争夺，严重的时候甚至可能会发展成死锁。死锁则是个比竞争更能危害系统稳定性的因素。

上图即为死锁的状态图，图中的所有进程都在等待所需的系统资源，箭头表示发出箭头的进程在等待箭头指向的进程释放资源，当有等待的进程连成一个环之后，就发生了死锁。发生死锁的进程将会一直等待，大家都无法运行，这将是对系统资源的极大浪费，因此进程间通信所要解决的一大问题就是死锁问题。

总结

操作系统为了系统稳定以及数据的安全，把不同进程的逻辑空间都分隔开了，同时又提供了一系列系统调用来解决进程的通信问题。理论上，进程通信都是通过系统调用进行的，因此进程必须得到操作系统的许可才能进行通信。在学习进程通信的同时又引申出了竞争、死锁的概念，这些都是造成操作系统崩溃的主要原因之一。

参考：

[1]https://www.cnblogs.com/baizhanshi/p/6844356.html
[2]https://blog.csdn.net/giraffe_255/article/details/80751198