一、本机直接的进程通信方式

1. 管道（Pipes）：

   • 匿名管道（Anonymous pipes）：通常用于父子进程间的通信，它是单向的。
   • 命名管道（Named pipes，也称FIFO）：允许不相关的进程间进行通信。

2. 信号（Signals）：

   一种较为简单的通信方式，用于处理异步事件。

3. 共享内存（Shared Memory）：

   允许两个或多个进程共享一个给定的存储区，是最快的IPC方式，因为数据不需要在客户和服务器之间复制。

4. 消息队列（Message Queues）：

   消息队列允许一个或多个进程向另一个进程发送格式化的数据块。

5. 信号量（Semaphores）：

   主要用于同步，比如控制多个进程访问共同资源的权限。

6. 套接字（Sockets）：

   虽然通常用于网络通信，但同一台机器上的进程也可以通过本地套接字进行通信。

7. 内存映射文件（Memory-mapped files）：

   将文件或设备直接映射到进程的地址空间中，可被用于进程间的数据共享。

总结：他们都仅限于用在本机进程之间通信。网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题（可把同机进程通信看作是其中的特例）。为此，首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上，不同进程可用进程号（process ID）唯一标识。

二、网络之间的通信（服务器与客户端）

     但在网络环境下，各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如，主机 A 赋于某进程号 5，在 B 机中也可以存在 5 号进程，因此，“5 号进程” 这句话就没有意义了。其次，操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此，网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。

        TCP/IP 协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的 “ip 地址” 可以唯一标识网络中的主机，而传输层的 “协议 + 端口” 可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip 地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

       使用 TCP/IP 协议的应用程序通常采用应用编程接口：UNIX  BSD 的套接字（socket）和 UNIX System V 的 TLI（已经被淘汰），来实现网络进程之间的通信。就目前而言，几乎所有的应用程序都是采用 socket，而现在又是网络时代，网络中进程通信是无处不在，这就是我为什么说 “一切皆 socket”。

三、什么是TCP/UDP?

  TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议 / 网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。

TCP/IP 协议存在于 OS 中，网络服务通过 OS 提供，在 OS 中增加支持 TCP/IP 的系统调用 ——Berkeley 套接字，如 Socket，Connect，Send，Recv 等 。

 UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与 TCP 相对应的协议。它是属于 TCP/IP 协议族中的一种。如图：

 TCP/IP 协议族包括运输层、网络层、链路层，而 socket 所在位置如图，Socket 是应用层与 TCP/IP 协议族通信的中间软件抽象层。

四、Socket是什么？

1.Socket起源

socket 起源于 Unix，而 Unix/Linux 基本哲学之一就是 “一切皆文件”，都可以用 “打开 open –>  write/read –> 关闭 close” 模式来操作。Socket 就是该模式的一个实现，        socket 即是一种特殊的文件，一些 socket 函数就是对其进行的操作（读 / 写 IO、打开、关闭）.

     说白了 Socket 是应用层与 TCP/IP 协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket 其实就是一个门面模式，它把复杂的 TCP/IP 协议族隐藏在 Socket 接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让 Socket 去组织数据，以符合指定的协议。

       注意：其实 socket 也没有层的概念，它只是一个 facade 设计模式的应用，让编程变的更简单。是一个软件抽象层。在网络编程中，我们大量用的都是通过 socket 实现的。

2.套接字描述符

   其实就是一个整数，我们最熟悉的句柄是 0、1、2 三个，0 是标准输入，1 是标准输出，2 是标准错误输出。0、1、2 是整数表示的，对应的 FILE * 结构的表示就是 stdin、stdout、stderr

套接字 API 最初是作为 UNIX 操作系统的一部分而开发的，所以套接字 API 与系统的其他 I/O 设备集成在一起。特别是，当应用程序要为因特网通信而创建一个套接字（socket）时，操作系统就返回一个小整数作为描述符（descriptor）来标识这个套接字。然后，应用程序以该描述符作为传递参数，通过调用函数来完成某种操作（例如通过网络传送数据或接收输入的数据）。

在许多操作系统中，套接字描述符和其他 I/O 描述符是集成在一起的，所以应用程序可以对文件进行套接字 I/O 或 I/O 读 / 写操作。

当应用程序要创建一个套接字时，操作系统就返回一个小整数作为描述符，应用程序则使用这个描述符来引用该套接字需要 I/O 请求的应用程序请求操作系统打开一个文件。操作系统就创建一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看，文件描述符是一个整数，应用程序可以用它来读写文件。下图显示，操作系统如何把文件描述符实现为一个指针数组，这些指针指向内部数据结构。

 对于每个程序系统都有一张单独的表。精确地讲，系统为每个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时，系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表，并把该表的索引值返回给调用者 。应用程序只需记住这个描述符，并在以后操作该文件时使用它。操作系统把该描述符作为索引访问进程描述符表，通过指针找到保存该文件所有的信息的数据结构。

3. 针对套接字的系统数据结构

（1）套接字 API 里有个函数 socket，它就是用来创建一个套接字。套接字设计的总体思路是，单个系统调用就可以创建任何套接字，因为套接字是相当笼统的。一旦套接字创建后，应用程序还需要调用其他函数来指定具体细节。例如调用 socket 将创建一个新的描述符条目：

（2）虽然套接字的内部数据结构包含很多字段，但是系统创建套接字后，大多数字字段没有填写。应用程序创建套接字后在该套接字可以使用之前，必须调用其他的过程来填充这些字段。

4.文件描述符和文件指针的区别

文件描述符：在 linux 系统中打开文件就会获得文件描述符，它是个很小的正整数。每个进程在 PCB（Process Control Block）中保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每个表项都有一个指向已打开文件的指针。

文件指针：C 语言中使用文件指针做为 I/O 的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为 FILE 结构的数据结构。FILE 结构包括一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引，因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄（在 Windows 系统上，文件描述符被称作文件句柄）。

5.基本的 SOCKET 接口函数

在生活中，A 要电话给 B，A 拨号，B 听到电话铃声后提起电话，这时 A 和 B 就建立起了连接，A 和 B 就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。  打电话很简单解释了这工作原理：“open—write/read—close” 模式。

服务器端先初始化 Socket，然后与端口绑定 (bind)，对端口进行监听 (listen)，调用 accept 阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个 Socket，然后连接服务器 (connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

五、socket () 函数

int socket(int protofamily, int type, int protocol);//返回sockfd

 sockfd 是描述符。

  socket 函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而 socket () 用于创建一个 socket 描述符（socket descriptor），它唯一标识一个 socket。这个 socket 描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

      正如可以给 fopen 的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建 socket 的时候，也可以指定不同的参数创建不同的 socket 描述符，socket 函数的三个参数分别为：

protofamily：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET (IPV4)、AF_INET6 (IPV6)、AF_LOCAL（或称 AF_UNIX，Unix 域 socket）、AF_ROUTE 等等。协议族决定了 socket 的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如 AF_INET 决定了要用 ipv4 地址（32 位的）与端口号（16 位的）的组合、AF_UNIX 决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type：指定 socket 类型。常用的 socket 类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET 等等（socket 的类型有哪些？）。

protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC 等，它们分别对应 TCP 传输协议、UDP 传输协议、STCP 传输协议、TIPC 传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。

注意：并不是上面的 type 和 protocol 可以随意组合的，如 SOCK_STREAM 不可以跟 IPPROTO_UDP 组合。当 protocol 为 0 时，会自动选择 type 类型对应的默认协议。

当我们调用 socket 创建一个 socket 时，返回的 socket 描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用 bind () 函数，否则就当调用 connect ()、listen () 时系统会自动随机分配一个端口。