进程间通信
本文性质声明：本机无 Linux 环境，全部内容未实测，为手册级框架。站内对照实测：conc-task-queue（任务队列模式）、net-socket（TCP socket 本机实测）、linux-io-multiplex（多路复用概念）。
一、四种 IPC 的选择地图
| 机制 | 模型 | 关系 | 拿手 | 别指望 |
|---|---|---|---|---|
| 管道/FIFO | 字节流 | 亲缘或有共同路径名的进程 | shell 管道、父子线程序列化 | 随机访问、多播 |
| 共享内存 | 共享内存页 | 任意 | 最快的大数据交换（零拷贝） | 它自己不同步 |
| System V IPC | 消息队列/信号量/共享段 | 任意（按 key） | 老代码遗产 | 生命周期管理难 |
| Unix 域套接字 | 套接字 | 任意（按路径） | 传 fd、抽象命名空间、credential 校验 | 跨机器 |
选型的 defaults：父子/线程序列化用管道；同机高性能大数据用共享内存（自己加同步）；要传 fd 或想要”本地版 TCP”用 Unix 域套接字。System V IPC 只在维护老代码时碰。
二、管道与 FIFO
pipe(fd[2]) 给一对 fd：写 fd[1]、读 fd[0]，字节流、无消息边界（写两次 10 字节，读一次可能拿到 20 字节——粘包在读侧界定，本站 net-socket 量过 TCP 侧的同类现象）。
关键语义：
- 容量有限（默认 64KB，
fcntl(F_SETPIPE_SZ)可调）：写满时写者阻塞（或EAGAIN非阻塞时）——“生产者消费者天然背压”就靠这个。 - 读端全关时写者收 SIGPIPE（忽略它，否则进程被杀）；写端全关时读者读到 EOF。
- fork 前创建的管道父子各持一端：忘了关不需要的那端，EOF 永远不来——经典 bug（linux-process 提过 fork 与 fd 继承）。
- **FIFO（命名管道）**是管道进文件系统：
mkfifo创建，无亲缘关系的进程按路径打开。open 一个 FIFO 默认阻塞到对端也打开（O_RDONLY等写者、O_WRONLY等读者）——忘了这点的程序”卡在 open”。
三、共享内存：快，但同步是你的责任
shm_open + mmap（POSIX）或 shmget + shmat（System V）把同一块物理内存映射进多个进程的地址空间——写入即对方可见，零拷贝。代价：
- 没有内置同步：两个进程同时写 = 数据竞争，和线程一样（只是没编译器和 CPU 帮你看到）。共享内存必须配信号量或 pthread 的进程间属性锁（
PTHREAD_PROCESS_SHARED的互斥锁/条件变量放共享内存里）。 - 缓存一致性：x86 硬件保证缓存一致，但编译器/CPU 可能重排——跨进程的内存序要靠屏障/原子（conc-atomics 的内存序知识原样适用）。
- 生命周期：
shm_open的段在munmap后仍存在（要shm_unlink才删）；System V 的段更是重启不删——ipcs看残留、ipcrm清，是运维例行。
典型架构：一块大共享区（环形队列放数据）+ 两个信号量（空/满计数）——经典的无锁/少锁大数据通路。小消息场景别用它，管道或套接字更省心。
四、System V IPC：key、权限与残留
ftok(path, id) 生成 key → shmget/semget/msgget 创建或打开。三个坑：
- key 冲突：
ftok基于路径+序号，两个不相关的项目用了同路径同 id 就撞——指定固定IPC_PRIVATE或自选 key 更可控。 IPC_CREAT | IPC_EXCL做”已存在即失败”（建单例的正规姿势，linux-fd 的 O_EXCL 同款思路）。- 重启残留：段/队列不随进程退出删除（和管道/FIFO 相反），容器里表现为”重启后 IPC 已存在”启动失败——守护进程启动时先清自己的 IPC 是惯例。
信号量是计数资源的标准抽象：P/V（semop）操作可以原子地加减任意值——比互斥锁表达力强（能表示”N 个资源”）。消息队列有类型字段，可做优先级，但吞吐和大小都有限，现代场景基本被 Unix 套接字取代。
五、Unix 域套接字：本机通信的正规军
socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0) 绑一个文件系统路径（或 Linux 的抽象名——首字节 \0，不进文件系统）。它相对 TCP loopback 的优势：不经过网络协议栈（更快、无端口冲突）、能验证对端身份（SO_PEERCRED 拿对端 pid/uid/gid——“只允许 root 连接”的服务靠它）、以及独门绝技 SCM_RIGHTS 传文件描述符：
// 发送方：把一个 fd 打进辅助数据
struct msghdr msg = {0};
char buf[CMSG_SPACE(sizeof(int))];
msg.msg_control = buf;
struct cmsghdr *c = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
c->cmsg_level = SOL_SOCKET; c->cmsg_type = SCM_RIGHTS; c->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(int));
*((int *)CMSG_DATA(c)) = fd_to_pass;
msg.msg_controllen = CMSG_SPACE(sizeof(int));
sendmsg(sock, &msg, 0);
// 接收方：recvmsg 时从 CMSG_DATA 取出 fd——拿到的是内核新分配的 fd 编号传 fd 的标准用途：权限分离的网关架构——一个特权进程接受连接/打开文件，把 fd 传给无特权的 worker 进程干活。systemd 的 socket activation 就是这套（LISTEN_FDS 环境变量 + fd 3 起步）。
六、排障索引
| 症状 | 入口 |
|---|---|
ipcs 一堆残留段 | 进程没删 IPC（第四节）；容器重启后先清 |
| 管道 read 永久阻塞 | 对端 fd 没关全（第二节）；或 FIFO 只开了一端 |
| 共享内存数据偶发错乱 | 同步漏了（第三节）；先查内存序再查锁 |
| Unix socket 连接被拒 | 路径权限（要 x 权限才能连）+ SELinux；抽象名不受权限管 |
| 传过去的 fd 不可用 | SCM_RIGHTS 的对端必须真的 recvmsg；fd 在发送方 close 不影响接收方持有 |
七、未实测清单
- 本文所有 IPC 行为与成本——无 Linux 环境，未测。
- 管道容量、共享内存带宽——未测（概念引用 net-socket 的 TCP 实测做量级对照）。
- systemd socket activation——linux-daemon 概念层提及，未测。
- io_uring 的 registered fd 传递——未涉及。