基于C语言探索Linux进程间通信(IPC): 从入门到精通 | Linux Inter Process Communication (IPC) from Scratch in C

Linux 全面课程 – 涵盖套接字编程、Linux 系统编程及 C 编程 – 从入门到精通。

您将会学到

• 你将能够设计需要进程间通信（IPC）的应用程序

• 根据应用程序的需求选择最合适的进程间通信（IPC）机制

• 理解 Linux 进程间通信（IPC）编程接口

• 更好地理解 Linux 操作系统，增强自信

• 准备基于进程间通信（IPC）的面试问题

• 设计一个能够同时利用多种 IPC 机制的 Linux 进程

要求

• 掌握基础 C 语言至关重要

• 具备扎实的基础操作系统知识

• 学习的热情与积极性

描述

本课程旨在学习 Linux 进程间的通信方式。作为 Linux 系统编程的一个分支，我们将深入研究业界常用的各种进程间数据交换机制。课程将详细解析每种 IPC 机制的概念，讨论其实现方式，并分析在何种场景下，特定 IPC 机制相较于其他机制更具优势。

我们还探讨了应用程序应如何设计来利用底层 Linux 操作系统提供的进程间通信（IPC）功能。

你将在课程中尽可能多地完成作业，并且在整个课程中，你将有一个项目，逐步应用所学的新 IPC 技术。课程结束时，你将练习并应用本课程中学到的所有 IPC 技术。

每种 IPC 机制，我们都会进行详细的代码分析，展示实际中该 IPC 机制在发送和接收端的具体实现。当你进入行业后，从第一天起就会看到 IPC 概念在软件中广泛应用，以实现软件不同部分之间的通信。

谁适合学习这门课程？

本课程面向计算机科学专业本科生、求职者和专业开发者。对于希望加入跨国公司担任系统编程开发者的学生来说，这是一门必学的课程。在系统编程领域，几乎每次都需要使用 IPC 进行进程间的数据交换，因此计算机科学专业的毕业生若想在跨国公司找到开发者的工作，必须熟练掌握 IPC 的相关概念。

前置条件

如果你对 C 语言和操作系统有所了解，这将非常有帮助。我们设计这门课程时，假设学生是 Linux IPC 的完全初学者，并在从基础到高级概念的过程中，根据需要逐步提升课程的难度。

另外，请不要袖手旁观我的代码，请自己动手写代码，即便和我写的一样也没关系。

相关课程

RPC（远程过程调用）是网络中不同机器上两个进程间进行通信的另一种方式。你也可以查看我的另一门关于 Linux RPC 的课程，在那里你将学习如何从零开始实现 RPC。

本课程使用的编程语言是什么？

我们选择 C 语言作为这门课程的编程语言，理由非常充分

“IPC 是操作系统为开发者提供的一种机制，用于进程间的数据交换。通过用 C 语言学习 IPC，你可以深入了解系统背后的运作机制。C 语言确实揭示了系统实际运行的底层细节。在系统编程领域，C 是唯一的选择，甚至在系统编程方面都没有任何可以替代它的语言。”

不使用任何第三方库

无论你实现什么逻辑，都必须从零开始。本课程不鼓励使用任何第三方库来完成工作，因为使用外部库会完全违背课程的目的。不过，对于常用的数据结构（如链表、树、队列等），建议使用第三方库，这样可以节省大量时间来编写这些数据结构。

注意：虽然我们用 Linux 来讲解 IPC 技术，但 Linux 的 IPC 概念上与其他操作系统平台（如 Windows、iOS 等）差异不大。所以，如果你是其他平台的程序员，这门课程对你依然很有价值。

“本课程将探讨多种进程间数据交换的技术，但进程同步和锁等主题不在此课程范围内，并将单独讲解。”

警告：本课程提供自动生成的字幕，可能存在不完美之处。请根据个人需求选择关闭字幕。

课程内容

• 引言
• 目录
• 计算机体系结构概述
• 多种进程间通信方法
• 沟通方式
• IPC 技术 1 – Unix 域套接字
• Socket API 介绍
• 套接字消息类型
• 套接字设计模式
• 接收系统调用
• 介绍 Unix 域套接字
• Unix 域套接字服务器实现
• Unix 域套接字客户端实现
• 多路复用
• 选择系统调用
• 多路复用服务器状态机
• 多路复用服务器实现
• 数据同步 – IPC 项目第一部分
• IPC 技术 2 – 消息队列
• 引言
• 消息队列作为内核资源
• 创建并打开消息队列
• 关闭消息队列
• 将数据入队到消息队列
• 从消息队列中取出数据
• 取消消息队列
• 从设计角度使用消息队列
• 双向通信
• 代码实现 – 实现步骤
• 示例

• IPC 技术第三种方法 – 共享内存
• 总体设计目标
• 虚拟内存的概念
• 程序控制块
• 共享内存基础知识
• 内核内存区域
• mmap() – 内存映射
• 设计要求
• 共享内存相关接口
• 数据同步 – IPC 项目第二部分

• IPC 技术第四部分 – 信号
• 引言
• Linux 擅长处理信号
• 信号生成与处理
• 通过 Kill() 发送信号
• 数据同步 – IPC 项目第三部分
• IPC 技术第 5 部分 – 网络套接字
• 套接字编程设计
• 选择系统调用
• 接收系统调用
• 多路复用概念
• 服务器状态机
• “Socket 编程项目第四部分：进程间通信”
• 在多种不同的进程间通信（IPC）机制上进行多路复用
• 使用 select() 实现对不同 IPC 接口的多路复用

此课程面向哪些人：

• 本科计算机科学专业的学生
• 研究生
• 系统编程领域的求职者 – 网络编程、驱动程序开发、分布式系统、物联网等