Why?

为什么需要 IPC？信息共享、加速计算（利用多核 CPU）、模块化（不同进程各司其职）。

How?

主要有两种形式：

• 靠内存共享：比如 Linux 的共享内存。性能好，使用的系统调用少，但难以分布到多机
• 靠通讯（message-passing）共享：比如 Linux 的消息队列，或者通过网络进行的通讯。性能相对差，但是可以分布到多机

基础模型：生产者与消费者：

• 生产者产生数据，存放在 buffer 中供消费者消费；Buffer 可以指共享的内存区域，可以指消息队列等
• Buffer 分为不限大小的 unbounded buffer，以及限制大小的 bounded buffer

消息传递（message-passing）系统的设计

角色：进程 P，进程 Q，及它们之间的通讯链路（communication link）。

逻辑上需要实现两个操作：send() / receive()。关心的元素有：

• 直接或间接地沟通
• 同步或异步的沟通
• 不同容量的 buffer

直接 / 间接

直接通讯：

• send(P, message)：发送一个消息到进程 P
• receive(Q, message)：接收一个进程 Q 发来的消息

这要求 对称的寻址（symmetry in addressing），即 Q 发给 P 时需要指明 P，P 收 Q 消息时需要指明 Q。不灵活。改进方式是使其变成 非对称的（asymmetry），即 P 收消息时不需要指定发送方，而是在消息中包含了发送方信息。

更好的方法是 间接通讯。给定一个邮箱 A，让收方双方都对邮箱做操作：

• send(A, message)
• receive(Q, message)

还有一些细节，需要具体的实现方式去权衡。比如是否可以多个进程收取同个消息。

邮箱可以被一个进程所拥有。但是更好的方法是由操作系统所有。

同步 / 异步

同步 / 异步，也称 阻塞（blocking） / 非阻塞（nonblocking）。分几种情况：

• 发送方发出消息后：
  • Blocking send：阻塞直到消息被接收或者入邮箱
  • Nonblocking send：不阻塞，继续执行其他操作
• 接受方接收消息时：
  • Blocking receive：阻塞直到有消息可被接收
  • Nonblocking receive：不阻塞，取到新消息或者空

不同容量的 buffering

如果通讯链路不支持 buffering，即它没有 buffer（一般是消息队列）来存放信息，这要求 blocking send。否则没有此限制。

具体实现例子

共享内存

见 OS: Process: IPC: Shared Memory。

管道

见 OS: Process: IPC: Pipe。

Resources

• Operating System Concepts 第三章