Linux 進程間通信 (IPC) 五大核心機制詳解

IPC 核心目的

五大經典機制對比

1. 信號

• 異步通知，攜帶信息極少（僅信號編碼）。
• 不可靠：標準信號不排隊，實時信號 (SIGRTMIN+) 支持排隊。
• 用途：進程終止通知、定時器、簡單同步。

2. 信號量

• 計數器 + 原子 P/V 操作，核心同步原語。
• System V 信號量組 (semget) / POSIX 命名/無名信號量 (sem_open, sem_init)。
• 用途：互斥鎖、資源計數、生產者-消費者同步。

3. 消息隊列

• 內核維護的消息鏈表，支持類型過濾 (msgrcv 指定 type)。
• System V (msgget) / POSIX (mq_open) 兩套 API。
• 特點：數據複製開銷、內核持久化、支持優先級 (POSIX)。

4. 共享內存

• 最快 IPC：進程直接映射同一物理頁，無拷貝。
• 需配合同步機制（信號量/互斥鎖）防止競態。
• System V (shmget) / POSIX (shm_open + mmap) / memfd_create (Linux 3.17+)。

5. 管道 & Socket (補充)

• 匿名管道：父子進程單向通信，生命周期隨進程。
• 命名管道 (FIFO)：任意進程雙向，文件系統可見。
• Unix Domain Socket：本機雙向、支持文件描述符傳遞、可驗證對端身份，現代首選。

需要雙向、高性能、傳遞 FD？ → Unix Domain Socket
需進程間共享大塊數據、極致延遲？ → 共享內存 + 信號量/futex
簡單異步通知、定時器？ → 信號 / eventfd / timerfd
結構化消息、持久化、優先級？ → POSIX 消息隊列
父子進程簡單數據流？ → 匿名管道
跨網絡/機器？ → TCP/UDP Socket