前言：
本文是由浅入深探索Linux进程间通信系列最后一篇文章，主要讲解POSIX IPC实现原理。
由浅入深系列文章地址：
由浅入深探讨Linux进程间通信（上篇）
由浅入深探讨Linux进程间通信（中篇）
POSIX IPC是基于文件实现的，POSIX IPC符合Linux一切皆文件的思想，使用起来也很方便。
1.POSIX消息队列
POSIX消息队列是一种进程间通信机制，它允许在同一主机上的进程之间传递消息。
POSIX消息队列是基于消息的，每个消息都有一个优先级和一个非负整数类型。
消息队列由内核维护，可以通过mq_open()函数打开，mq_send()函数发送消息，mq_receive()函数接收消息，mq_close()函数关闭消息队列，mq_unlink()函数删除消息队列。
1.1 认识mqueue文件系统？
POSIX消息队列基于mqueue文件系统实现。
通过cat /proc/filesystems命令查看系统是否注册mqueue文件系统。
通过mount | grep "mqueue"查看mqueue文件系统挂载路径为/dev/mqueue目录，通过mq_open创建的消息队列文件存储在该目录。
1.2 创建POSIX消息队列
用户程序通过mq_open函数创建或打开POSIX消息队列，POSIX消息队列其实就是一个mqueue inode节点，mqueue inode节点有一个msg_tree成员（红黑树），用户存储消息，mq_open函数还需要做一些辅助工作：
创建struct file对象，并将struct file对象成员f_inode指向mqueue inode节点。
申请一个未使用的fd（文件描述符），fd映射至struct file对象，并保存在进程（task_struct）已打开文件表。
通过这些辅助工作，用户程序就能通过文件描述访问mqueue inode节点。
1.3 发送和接收消息
用户程序打开POSIX消息队列后，就能往消息队列读取和写入消息，其实就是往红黑树插入和删除消息。
但是要实现进程间通信，必须要不同的进程都能往同一POSIX消息队列读取和写入消息，mq_open函数有一个参数name指的是文件名，只要两个进程以相同的文件名打开POSIX消息队列，就能访问同一消息队列，完成进程间通信。
2.POSIX信号量
POSIX信号量是一种进程间同步和互斥的机制，它是一个计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问。它的值只能是非负整数，当一个进程试图将其值减少到小于0时，该进程将被阻塞，直到另一个进程增加该值。
2.1 认识tmpfs文件系统？
POSIX信号量是基于tmpfs文件系统实现。
通过mount | grep "tmpfs"查看系统存在多个tmpfs文件系统，posix信号量使用的是/dev/shm目录下的tmpfs文件系统。
通过sem_open函数创建的信号量文件保存在/dev/shm目录，tmpfs文件系统主要用来做内存映射。
2.2 创建POSIX信号量
用户程序通过sem_open函数创建或打开POSIX信号量，sem_open函数主要用于创建和打开tmpfs inode节点，tmpfs inode用于内存映射，sem_open函数其他辅助工作：
创建struct file对象，并将struct file对象成员f_inode指向tmpfs inode节点。
申请一个未使用的fd（文件描述符），fd映射至struct file对象，并保存在进程（task_struct）已打开文件表。
通过mmap函数实现内存映射，并返回信号量地址（sem_t *）。sem_open函数做了这么多工作，其实就只有一个目的，就是在内核空间生成一个信号量（sem_t）。
POSIX信号量为什么要在内核空间生成？
首先我们得明白一个概念，无名信号量和命名信号量。
无名信号量用于线程同步，由于无名信号量（sem_t）存储在用户空间，不同的进程不能访问同一无名信号量，所以无名信号量只能用于线程同步。
命名信号量即POSIX信号量用于进程间同步，由于命名信号量（sem_t）存储在内核空间，所以不同的进程能访问同一命名信号量，所以命名信号量能用于进程间通信。
2.3 POSIX信号量操作
POSIX信号量常用操作函数如：sem_wait，sem_post，sem_getvalue等。
无名信号量和命名信号量使用同一套操作函数。
3.POSIX共享内存
POSIX共享内存是Linux下的一种进程间通信方式，它允许多个进程共享同一块物理内存。与其他进程间通信方式相比，共享内存的速度更快，因为数据不需要在进程之间复制。
POSIX共享内存同样是基于tmpfs文件系统实现，这里不再赘述。
3.1 创建POSIX共享内存
用户程序通过shm_open函数创建或打开POSIX共享内存，shm_open函数主要用于创建和打开tmpfs inode节点，tmpfs inode用于内存映射，shm_open函数其他辅助工作：
创建struct file对象，并将struct file对象成员f_inode指向tmpfs inode节点。
申请一个未使用的fd（文件描述符），fd映射至struct file对象，并保存在进程（task_struct）已打开文件表。
注意：shm_open函数仅仅用于创建和打开tmpfs inode节点，不会进行内存映射，内存映射需要用户程序完成。
不同的进程通过同一文件名，打开同一tmpfs inode节点，并完成内存映射，这样不同的进程就能够通过同一共享内存完成通信。
3.2 内存映射
用户程序需要主动调用mmap函数完成内存映射，mmap调用成功后，返回一个指向tmpfs inode文件映射区的地址，用户程序通过该地址和共享内存进行数据同步。
3.3 读取和写入数据
完成内存映射后，用户程序就能像操作普通内存一样操作共享内存，但是普通内存和共享内存存在一个本质区别，就是普通内存指的是用户空间内存，共享内存指的内核空间内存。
普通内存由于处于用户空间，所以不能用于进程间通信。
共享内存处于内核空间，所以可以用于进程间通信。
总结：
通过三篇文章，我们把Linux进程通信基本的方法已经讲完，但是这并不代表Linux进程间通信方法只有这么几种，Linux系统功能很强大，但Linux也非常复杂，要学好Linux，我们得不断学习和实践，持之以恒。
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