进程间通信有哪些方式？

详细解析#

为什么需要 IPC#

每个进程有独立的虚拟地址空间，进程 A 的指针在进程 B 里没有意义。要交换数据，只能借助内核提供的某种"中转"：要么让内核帮忙拷贝（管道、消息队列、Socket），要么让内核把同一块物理内存映射进两个进程（共享内存）。

各种方式#

• 匿名管道：pipe() 创建一对 fd，一端写一端读，单向、字节流。只能用于有亲缘关系的进程（通常是 fork 前创建，父子各留一端）。Shell 的 cmd1 | cmd2 就是它。管道有容量上限（Linux 2.6.11 起默认 16 个页，4KB 页时就是 65536 字节，可以用 fcntl 的 F_SETPIPE_SZ 调整），写满会阻塞写端
• 命名管道（FIFO）：用 mkfifo 在文件系统里创建一个特殊文件，没有亲缘关系的进程也能通过路径打开它。数据仍然只经过内核，不会写到磁盘
• 消息队列：内核维护的消息链表，按"消息"为单位收发，可以带类型或优先级，有 System V（msgget）和 POSIX（mq_open）两套接口。业务开发里很少直接用，更多是用 Kafka、RabbitMQ 这类中间件，它们是跨机器的另一回事
• 共享内存：把同一块物理内存映射到多个进程的地址空间（shm_open + mmap，或 System V 的 shmget），读写就是普通的内存访问，不经过内核拷贝。没有任何同步机制，必须配合信号量、互斥锁或无锁结构使用
• 信号量：本质是一个计数器，用来做同步和互斥（P/V 操作），本身不传数据，通常和共享内存搭配
• 信号：异步通知，比如 kill -TERM pid、Ctrl+C 发 SIGINT。基本只携带信号编号（sigqueue 能额外附带一个整数或指针大小的值），进程可以捕获并处理，但 SIGKILL 和 SIGSTOP 不能被捕获或忽略
• Unix Domain Socket：用法和 TCP Socket 几乎一样，地址是一个文件路径。数据不经过网络协议栈，没有 TCP 的校验、重传和拥塞控制开销；还能传递文件描述符（SCM_RIGHTS）、获取对端进程的身份（SO_PEERCRED）
• 网络 Socket：TCP/UDP，唯一能跨机器的方式，也是微服务之间通信的基础

对比#

表里的速度只是定性比较，具体差多少取决于消息大小和使用方式，要以压测为准。

实际开发中的例子#

• Nginx 和 PHP-FPM、应用和本机 MySQL、Docker CLI 和 dockerd 之间，常用 Unix Domain Socket（如 /var/run/docker.sock）
• 平滑重启：Nginx 收到 SIGHUP 重新加载配置，进程管理器先发 SIGTERM 让服务优雅退出
• Node.js 的 child_process.fork() 在父子进程之间建了一条 IPC 通道，process.send() 发送的就是序列化后的消息
• PostgreSQL 的多个后端进程通过共享内存访问同一块缓冲区，用锁做同步

代码示例#

命名管道，两个终端之间传数据：

mkfifo /tmp/demo.fifo
# 终端 1：打开读端，没有写者时会阻塞
cat /tmp/demo.fifo
# 终端 2：写入后终端 1 立即输出
echo "hello" > /tmp/demo.fifo

用 Unix Domain Socket 做本机通信（Node.js）：

// uds.mjs
import net from 'node:net'
import fs from 'node:fs'

const path = '/tmp/demo.sock'
fs.rmSync(path, { force: true }) // 上次没清理的 socket 文件会导致 EADDRINUSE

const server = net.createServer((conn) => {
  conn.on('data', (buf) => conn.end(`echo: ${buf}`))
})
server.listen(path, () => {
  const client = net.createConnection(path, () => client.write('ping'))
  client.on('data', (buf) => {
    console.log(buf.toString()) // echo: ping
    server.close()
  })
})

面试官可能追问#

易错点#

• 管道是单向的，要双向通信得建两个管道，或者改用 socketpair
• 共享内存本身不提供同步，"最快"的前提是同步做对了
• SIGKILL（kill -9）不能被捕获，进程没有机会做清理，优雅退出要先发 SIGTERM，超时后再用 SIGKILL