进程间通信方式有多种，包括管道、FIFO、消息队列、共享内存、信号量等。
1. 半双工管道
该方式只能在具有公共祖先的进程之间使用。通常，一个管道由一个进程创建，然后进程通过fork函数创建一个子进程，因此父、子进程之间就可以应用该管道作为父子之间的通信方式。
函数pipe()创建管道：
#include <unistd.h> int pipe(int fileds[2]);
其中，参数fileds返回两个文件描述符：filefds[0]为读而打开，fileds[1]为写而打开，且fileds[1]的输出作为fileds[0]的输入。如图所示：
图1 单进程中半双工管道
当管道的一端被关闭后，下列两条规则其作用（man 7 pipe）：
- 当读一个写端已被关闭的管道时，在所有数据都被读取后，read返回0，以指示达到了文件结束处；
- 当写一个读端被关闭的管道时，则产生信号SIGPIPE。如果忽略该信号或捕捉该信号并其处理程序返回，则write返回-1，errno被设置为EPIPE；
在写管道（或FIFO）时，常量PIPE_BUF规定了内核中管道缓冲区的大小。如果对管道的数据量小于等于PIPE_BUF，则不会与其他进程对同一管道（或FIFO）的write操作穿插进行。若多个进程同时写一个管道（或FIFO）且数据大于PIPE_BUF时，则可能出现穿插现象。
2. FIFO
FIFO是一种文件类型。stat结构成员st_mode的编码指明文件是否为FIFO类型，可以使用S_ISFIFO宏对其进行测试。
函数mkfifo来创建FIFO：
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
其中，pathname作为FIFO文件的文件名，mode指定FIFO文件的权限。
3. IPC基本知识
IPC包括消息队列、信号量及共享内存存储区。在内核中，每个IPC结构都用一个非负整数的标识符加以标识或引用。标识符作为内部名存在，而键值作为外部名使得多个进程能够在一个ipc对象上操作。因此，无论何时创建IPC结构（调用msgget、semget或shmget），都应指定一个数据类型为key_t的键。
多种方法使客户进程与服务器进程在同一结构上会和：
（1）服务器进程可以指定键IPC_PRIVATE来创建一个新的IPC结构，将返回的标识符存在某处（如文件）以便客户进程使用。键IPC_PRIVATE保证服务器进程创建一个新的IPC结构。
这种方法的缺点：服务器进程要将整数标识符写到文件中，此后客户进程又要读取文件取得此标识符。
（2）在一个公用的头文件中定义一个客户进程和服务器进程都认可的键，然后服务器进程指定此键创建一个新的IPC结构。
这种方法的问题：若此键已与一个IPC结构相结合，则get函数（msgget、semget或shmget）出错返回。因此服务器需要删除已存在的IPC结构，然后试着再创建该键。
（3）客户进程和服务器进程认同一个路径名和项目ID（项目ID为0~255之间的字符值），接着调用ftok函数将这两个值变换为一个键，然后在方法（2）中使用此键。
ftok函数提供的唯一服务：由一个路径名和项目ID产生一个键。
#include <sys/ipc.h> key_t ftok(const char *path, int id);
其中，path参数必须引用一个现存文件。当产生键时，只使用id参数的低8位。
若满足下列两个条件之一，则创建一个新的IPC结构：
- key是IPC_PRIVATE;
- key当前未与特定类型的IPC结构相结合，并且flag中指定了IPC_CREAT位；
每一个IPC结构都将设置一个ipc_perm结构，该结构规定了权限和所有者信息。
在使用IPC时，需要注意的问题：
- IPC结构是在系统范围内起作用的，没有访问计数；
- IPC结构在文件系统中没有名字。
4. 消息队列
消息队列实际上就是消息的连接表，存放在内核中并由消息队列标识符来标识。
函数msgget()：创建一个消息队列或者打开一个现存的队列。
#include <sys/msg.h> int msgget(key_t key, int flag); // 成功返回消息队列ID；若出错则返回-1
函数msgsnd()：将新消息插入到队列尾部。每个消息包含一个正长整型的类型字段，一个非负长度以及实际数据字节。成功添加后，将更新msqid_ds结构中信息。
#include <sys/msg.h> int msgsnd(int msqid, void *ptr, size_t nbytes, int flag); // 若成功返回0；若出错返回-1
其中，ptr指向一个包含类型字段和数据字段的结构体，例如：
struct mymsg { long mtype; // positive message type char mtext[512]; // message data. of length nbytes };
函数msgrcv()：从指定队列中提取消息。
#include <sys/msg.h> ssize_t msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t nbytes, long type, int flag); // 若成功则返回消息数据部分的长度；若出错则返回-1.
其中，在提取消息时，根据type值的不同提取不同的消息：
- type == 0：返回消息队列中第一个消息；
- type > 0：返回队列中消息类型为type的第一个消息；
- type < 0：返回队列中消息类型小于等于type绝对值的消息。若这种消息存在多个，则去类型值最小的消息。
函数msgctl()：用于对消息队列执行多种操作。
#include <sys/msg.h> int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf); // 若成功则返回0；若出错则返回-1
其中，该函数中参数cmd指定了要对msqid队列执行的命令：
- IPC_STAT：取msqid标识的消息队列的msqid_ds结构，并将其放入到buf所指的内存中；
- IPC_SET：将msqid标识的消息队列的msqid_ds结构设置为由buf指向的新数据；
- IPC_RMID：从系统中移除该消息队列以及存在该队列中的所有数据。
5. 信号量
信号量（内核中使用结构体semid_ds）是一个计数器，用于多进程对共享数据对象的访问控制。为了获取共享资源，进程需要执行以下操作：
- 测试控制资源的信号量；
- 若此信号量的值为正，则进程可以使用该资源。进程将信号量减1，表示它使用了一个资源单位；
- 若此信号量的值为0，则进程进入休眠状态，直至信号量大于0。进程被唤醒后，返回到开始阶段。
函数semget()：获得一个信号量ID。
#include <sys/sem.h> int semget(key_t key, int nsems, int flag); // 若成功则返回信号量ID；若出错则返回-1。
其中，参数nsems是该集合中的信号量数量。若创建新信号量，则nsems > 0；若引用一个现存的信号量，则将nsems的值设为0。
函数semop()：在信号量集合上自动执行参数semoparray数组的命令。
#include <sys/sem.h> int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops); // 若成功则返回0；若出错则返回-1。
其中，结构体sembuf：
struct sembuf { unsigned short sem_num; // member # in set short sem_op; // operation (negative, 0, positve) short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO };
semop函数执行的操作主要根据sem_op的值来操作：
- sem_op > 0：进程释放占用的资源数，则将sem_op的值加到信号量的值上。如果指定了undo标志，则也从该进程的此信号调整量中减去sem_op；
- sem_op < 0：进程要获取由该信号量控制的资源。
（1）若该信号的值大于等于sem_op的绝对值（资源量满足需求），则从该信号量中减去sem_op的绝对值。如果指定undo标志，则sem_op的绝对值加到该进程的此信号量的调整值上；
（2）若信号量小于sem_op的绝对值（资源量不能满足需求），则：
（a）若指定IPC_NOWAIT，则semop出错并返回EAGAIN；
（b）若未指定IPC_NOWAIT，则信号量semid_ds结构中的semncnt加1（因为调用进程将进入休眠状态），然后调用进程被挂起直到下列事件之一发生：
（i）此信号量大于等于sem_op的绝对值，唤醒调用进程；
（ii）从系统中删除了此信号。在这种情况下，函数出错并返回EIDRM；
（iii）进程捕捉到一个信号，并从信号处理程序返回。在此情况下，信号量的semncnt减1，并且函数出错返回EINTR。 - sem_op == 0：表示调用进程希望等待该信号量变为0。在该情况的处理方式，与sem_op > 0的操作方式一样，只是条件变为sem_op == 0。
函数semctl()：包含了多种对信号量的操作。
#include <sys/sem.h> int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ... /* union semun arg */); // 返回值参考手册(man 2 semctl)。
其中，该函数常用的指令与消息队列中一样：IPC_STAT、IPC_SET和IPC_RMID。最后一个参数是可选参数，其类型为semun，它是多个特定指令参数的联合。
union semun { int val; // for SETVAL struct semid_ds *buf; // for IPC_STAT and IPC_SET unsigned short *array; // for GETALL and SETALL };
6. 共享存储区
共享存储区允许两个或多个进程共享一给定的存储区。使用共享存储区时，利用信号量或锁机制来控制多进程之间对给定存储区的同步访问。内核为每个共享存储区设置了一个结构体shmid_ds。
函数shmget()：创建一个共享存储区标识符。
#include <sys/shm.h> int shmget(key_t key, size_t size, int flag); // 若成功则返回共享存储区的ID；若出错则返回-1.
其中，size是该共性存储区的长度，通常将其向上取为系统页长的整数倍。如果正在创建一个新存储区，则必须制定size；如果正在引用一个现存的储存区，则将size值为0。
函数shmctl()：对共享存储区执行多种操作。
#include <sys/shm.h> int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); // 若成功则返回0；若出错则返回-1。
其中，参数cmd常用的有：IPC_STAT、IPC_SET、IPC_RMID。其余的指令为各系统特有的，请参考书册（linux下，man 2 shmctl）。
函数shmat()：将已创建的共享存储区连接到调用进程的地址空间上。
#include <sys/shm.h> int *shmat(int shmid, const void *addr, int flag); // 若成功则返回指向共享存储区的指针，若出错则返回-1。
函数shmdt()：将共享存储区与连接地址脱离。注意，这个操作并不删除共享存储区的标识符以及其数据结构。该标识符仍然存在，直到调用shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL)来删除它。
#include <sys/shm.h> int shmdt(void *addr); // 若成功返回0；若出错则返回-1。
7. Unix域套接字
Unix域套接字用于在同一台机器上运行的进程之间的通信。Unix域套接字仅仅复制数据；它们并不执行协议处理，不需要添加或删除网络报头，无须计算校验和、不需要产生顺序号、不需发送确认报文。
Unix域套接字提供流和数据报两种接口，Unix域数据报服务是可靠的，既不会丢失消息也不会传递出错。Unix域套接字是套接字和管道之间的混合物。
当创建一个命名的、相互连接的Unix套接字：
- 使用面向网络的Unix域套接字接口；
- 使用socketpair函数，该函数仅支持AF_UNIX域；
#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sockfd[2]); // 若成功则返回0；若出错则返回-1