IPC（进程间通信）详解

什么是 IPC（Inter-Process Communication）？

IPC（进程间通信） 是指操作系统提供的一种机制，允许不同的进程之间交换数据、消息或信号。

一个进程是操作系统资源分配的基本单位，不同进程通常拥有各自独立的地址空间。为了协同工作，它们需要通过 IPC 来交换信息。

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IPC 的常见类型（按通信方式分类）

类型	是否跨主机	是否需要共享内存	是否支持同步	性能	描述
管道（Pipe）	否	否	否	中	单向通信，父子进程之间
有名管道（FIFO）	否	否	否	中	可以在非亲缘进程间使用
消息队列（Message Queue）	否	否	是	中	操作系统内核维护队列
信号（Signal）	否	否	否	高	发送特定事件信号
共享内存（Shared Memory）	否	是	否	高	多个进程共享一块内存区域
信号量（Semaphore）	否	否	是	高	用于进程同步/互斥
套接字（Socket）	✅	否	否	低（跨网络）	支持网络和本地通信
标准输入输出（Stdio）	否	否	否	高	子进程通过 stdin/stdout 与主进程通信

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常见 IPC 方式详解

1. 管道（Pipe）

• 匿名管道：仅限于父子进程通信。

• 特性：半双工，一端写，一端读。

• 示例（Linux shell）：

  ls | grep txt
  

2. 有名管道（FIFO）

• 创建文件名用于通信，允许非父子进程间使用。

• 示例：

  mkfifo /tmp/myfifo
  echo "Hello" > /tmp/myfifo
  cat /tmp/myfifo
  

3. 消息队列（Message Queue）

• 操作系统提供队列，进程可向其中发送或接收消息。
• 示例函数：msgsnd() / msgrcv()（Unix）

4. 信号（Signal）

• 用于进程通知，如 SIGINT, SIGKILL, SIGUSR1。

• 示例（发送信号）：

  kill -USR1 <pid>
  

5. 共享内存（Shared Memory）

• 多个进程访问一块共享内存，速度最快。
• 需配合信号量实现同步。

6. 信号量（Semaphore）

• 用于控制对共享资源的访问，实现同步与互斥。

7. 套接字（Socket）

• 支持本地通信，也支持网络间通信。
• 常用于客户端/服务端架构。

8. 标准输入输出（Stdio）

• 父进程通过 stdin 写入，stdout 读取子进程数据。
• 常用于 JSON-RPC、LSP、AI 工具。

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常见对比表

IPC方式	跨平台	同步控制	适用场景	速度
Pipe	✅	❌	父子进程通信	中
FIFO	✅	❌	任意进程通信	中
Message Queue	✅	✅	多任务消息传递	中
Shared Memory	✅	❌	大数据高效传输	✅ 高
Semaphore	✅	✅	同步与互斥	✅ 高
Socket	✅	✅	网络通信、客户端/服务端模型	❌ 慢
Stdio	✅	❌	启动本地服务、脚本通信	✅ 快

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实用示例：Node.js + Python 使用 Stdio 通信

Node.js 主程序

import { spawn } from "child_process";

const py = spawn("python", ["my_script.py"]);
py.stdin.write("hello\n");

py.stdout.on("data", (data) => {
  console.log("Python 返回:", data.toString());
});

Python 子程序

import sys

for line in sys.stdin:
    sys.stdout.write(f"接收到：{line}")
    sys.stdout.flush()

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应用场景总结

场景	推荐 IPC 方式
编辑器插件（如 VSCode LSP）	stdio 或 socket
网络服务（浏览器通信）	WebSocket, HTTP, socket
容器间通信	socket 或 message queue
高速大数据通信	shared memory + semaphore
简单脚本交互	pipe 或 stdio

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✅ 总结

• IPC 是实现多进程协作的核心机制。
• 不同 IPC 方式适配不同场景：性能、同步、跨主机是主要考量维度。
• 在前后端协作、服务编排、本地 AI 工具调用中，IPC 是不可或缺的基础设施。