進程間怎么進行通信？下面本篇文章給大家介紹一下Node進程間通信的原理，希望對大家有所幫助！

前端（vue）入門到精通課程：進入學習

前置知識

文件描述符

在 Linux 系統(tǒng)中，一切都看成文件，當進程打開現(xiàn)有文件時，會返回一個文件描述符。 文件描述符是操作系統(tǒng)為了管理已經(jīng)被進程打開的文件所創(chuàng)建的索引，用來指向被打開的文件。 當我們的進程啟動之后，操作系統(tǒng)會給每一個進程分配一個 PCB 控制塊，PCB 中會有一個文件描述符表，存放當前進程所有的文件描述符，即當前進程打開的所有文件。

? 進程中的文件描述符是如何和系統(tǒng)文件對應起來的？ 在內(nèi)核中，系統(tǒng)會維護另外兩種表

• 打開文件表(Open file table)
• i-node 表(i-node table)

文件描述符就是數(shù)組的下標，從0開始往上遞增，0/1/2 默認是我們的輸入/輸出/錯誤流的文件描述符 在 PCB 中維護的文件描述表中，可以根據(jù)文件描述符找到對應了文件指針，找到對應的打開文件表 打開文件表中維護了：文件偏移量(讀寫文件的時候會更新)；對于文件的狀態(tài)標識；指向 i-node 表的指針 想要真正的操作文件，還得靠 i-node 表，能夠獲取到真實文件的相關信息

他們之間的關系

圖解

• 在進程 A 中，文件描述符1/20均指向了同一打開文件表項23，這可能是對同一文件多次調(diào)用了 open 函數(shù)形成的
• 進程 A/B 的文件描述符2都指向同一文件，這可能是調(diào)用了 fork 創(chuàng)建子進程，A/B 是父子關系進程
• 進程 A 的文件描述符0和進程 B 的文件描述符指向了不同的打開文件表項，但這些表項指向了同一個文件，這可能是 A/B 進程分別對同一文件發(fā)起了 open 調(diào)用

總結(jié)

• 同一進程的不同文件描述符可以指向同一個文件
• 不同進程可以擁有相同的文件描述符
• 不同進程的同一文件描述符可以指向不同的文件
• 不同進程的不同文件描述符可以指向同一個文件

文件描述符的重定向

每次讀寫進程的時候，都是從文件描述符下手，找到對應的打開文件表項，再找到對應的 i-node 表

?如何實現(xiàn)文件描述符重定向？ 因為在文件描述符表中，能夠找到對應的文件指針，如果我們改變了文件指針，是不是后續(xù)的兩個表內(nèi)容就發(fā)生了改變 例如：文件描述符1指向的顯示器，那么將文件描述符1指向 log.txt 文件，那么文件描述符 1 也就和 log.txt 對應起來了

shell 對文件描述符的重定向

> 是輸出重定向符號，< 是輸入重定向符號，它們是文件描述符操作符 > 和 < 通過修改文件描述符改變了文件指針的指向，來能夠?qū)崿F(xiàn)重定向的功能

我們使用cat hello.txt時，默認會將結(jié)果輸出到顯示器上，使用 > 來重定向。cat hello.txt 1 > log.txt以輸出的方式打開文件 log.txt，并綁定到文件描述符1上

c函數(shù)對文件描述符的重定向

dup

dup 函數(shù)是用來打開一個新的文件描述符，指向和 oldfd 同一個文件，共享文件偏移量和文件狀態(tài)

int main(int argc, char const *argv[]) {     int fd = open("log.txt");     int copyFd = dup(fd);     //將fd閱讀文件置于文件末尾，計算偏移量。     cout << "fd = " << fd << " 偏移量： " << lseek(fd, 0, SEEK_END) << endl;     //現(xiàn)在我們計算copyFd的偏移量     cout << "copyFd = " << copyFd << "偏移量：" << lseek(copyFd, 0, SEEK_CUR) << endl;     return 0; }

調(diào)用 dup(3) 的時候，會打開新的最小描述符，也就是4，這個4指向了3所指向的文件，操作任意一個 fd 都是修改的一個文件

dup2

dup2 函數(shù)，把指定的 newfd 也指向 oldfd 指向的文件。執(zhí)行完dup2之后，newfd 和 oldfd 同時指向同一個文件，共享文件偏移量和文件狀態(tài)

int main(int argc, char const *argv[]) {     int fd = open("log.txt");     int copyFd = dup(fd);     //將fd閱讀文件置于文件末尾，計算偏移量。     cout << "fd = " << fd << " 偏移量： " << lseek(fd, 0, SEEK_END) << endl;     //現(xiàn)在我們計算copyFd的偏移量     cout << "copyFd = " << copyFd << "偏移量：" << lseek(copyFd, 0, SEEK_CUR) << endl;     return 0; }

Node中通信原理

Node 中的 IPC 通道具體實現(xiàn)是由 libuv 提供的。根據(jù)系統(tǒng)的不同實現(xiàn)方式不同，window 下采用命名管道實現(xiàn)，*nix 下采用 Domain Socket 實現(xiàn)。在應用層只體現(xiàn)為 message 事件和 send 方法。【相關教程推薦：nodejs視頻教程】

父進程在實際創(chuàng)建子進程之前，會創(chuàng)建 IPC 通道并監(jiān)聽它，等到創(chuàng)建出真實的子進程后，通過環(huán)境變量(NODE_CHANNEL_FD)告訴子進程該 IPC 通道的文件描述符。

子進程在啟動的過程中，會根據(jù)該文件描述符去連接 IPC 通道，從而完成父子進程的連接。

建立連接之后可以自由的通信了，IPC 通道是使用命名管道或者 Domain Socket 創(chuàng)建的，屬于雙向通信。并且它是在系統(tǒng)內(nèi)核中完成的進程通信

⚠️ 只有在啟動的子進程是 Node 進程時，子進程才會根據(jù)環(huán)境變量去連接對應的 IPC 通道，對于其他類型的子進程則無法實現(xiàn)進程間通信，除非其他進程也按著該約定去連接這個 IPC 通道。

unix domain socket

是什么

我們知道經(jīng)典的通信方式是有 Socket，我們平時熟知的 Socket 是基于網(wǎng)絡協(xié)議的，用于兩個不同主機上的兩個進程通信，通信需要指定 IP/Host 等。 但如果我們同一臺主機上的兩個進程想要通信，如果使用 Socket 需要指定 IP/Host，經(jīng)過網(wǎng)絡協(xié)議等，會顯得過于繁瑣。所以 Unix Domain Socket 誕生了。

UDS 的優(yōu)勢：

• 綁定 socket 文件而不是綁定 IP/Host；不需要經(jīng)過網(wǎng)絡協(xié)議，而是數(shù)據(jù)的拷貝
• 也支持 SOCK_STREAM(流套接字)和 SOCK_DGRAM(數(shù)據(jù)包套接字)，但由于是在本機通過內(nèi)核通信，不會丟包也不會出現(xiàn)發(fā)送包的次序和接收包的次序不一致的問題

如何實現(xiàn)

流程圖

Server 端

int main(int argc, char *argv[]) {     int server_fd ,ret, client_fd;     struct sockaddr_un serv, client;     socklen_t len = sizeof(client);     char buf[1024] = {0};     int recvlen;      // 創(chuàng)建 socket     server_fd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);      // 初始化 server 信息     serv.sun_family = AF_LOCAL;     strcpy(serv.sun_path, "server.sock");      // 綁定     ret = bind(server_fd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));      //設置監(jiān)聽，設置能夠同時和服務端連接的客戶端數(shù)量     ret = listen(server_fd, 36);      //等待客戶端連接     client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&client, &len);     printf("=====client bind file:%sn", client.sun_path);      while (1) {         recvlen = recv(client_fd, buf, sizeof(buf), 0);         if (recvlen == -1) {             perror("recv error");             return -1;         } else if (recvlen == 0) {             printf("client disconnet...n");             close(client_fd);             break;         } else {             printf("recv buf %sn", buf);             send(client_fd, buf, recvlen, 0);         }     }      close(client_fd);     close(server_fd);     return 0; }

Client 端

int main(int argc, char *argv[]) {     int client_fd ,ret;     struct sockaddr_un serv, client;     socklen_t len = sizeof(client);     char buf[1024] = {0};     int recvlen;      //創(chuàng)建socket     client_fd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);      //給客戶端綁定一個套接字文件     client.sun_family = AF_LOCAL;     strcpy(client.sun_path, "client.sock");     ret = bind(client_fd, (struct sockaddr *)&client, sizeof(client));      //初始化server信息     serv.sun_family = AF_LOCAL;     strcpy(serv.sun_path, "server.sock");     //連接     connect(client_fd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));      while (1) {         fgets(buf, sizeof(buf), stdin);         send(client_fd, buf, strlen(buf)+1, 0);          recv(client_fd, buf, sizeof(buf), 0);         printf("recv buf %sn", buf);     }      close(client_fd);     return 0; }

命名管道(Named Pipe)

是什么

命名管道是可以在同一臺計算機的不同進程之間，或者跨越一個網(wǎng)絡的不同計算機的不同進程之間的可靠的單向或者雙向的數(shù)據(jù)通信。 創(chuàng)建命名管道的進程被稱為管道服務端(Pipe Server)，連接到這個管道的進程稱為管道客戶端(Pipe Client)。

命名管道的命名規(guī)范：serverpipe[path]name

• 其中 server 指定一個服務器的名字，本機適用 . 表示，192.10.10.1 表示網(wǎng)絡上的服務器
• pipe 是一個不可變化的字串，用于指定該文件屬于 NPFS(Named Pipe File System)
• [path]name 是唯一命名管道名稱的標識

怎么實現(xiàn)

流程圖

Pipe Server

void ServerTest() {     HANDLE  serverNamePipe;     char    pipeName[MAX_PATH] = {0};     char    szReadBuf[MAX_BUFFER] = {0};     char    szWriteBuf[MAX_BUFFER] = {0};     DWORD   dwNumRead = 0;     DWORD   dwNumWrite = 0;      strcpy(pipeName, "\\.\pipe\shuangxuPipeTest");     // 創(chuàng)建管道實例     serverNamePipe = CreateNamedPipeA(pipeName,         PIPE_ACCESS_DUPLEX|FILE_FLAG_WRITE_THROUGH,         PIPE_TYPE_BYTE|PIPE_READMODE_BYTE|PIPE_WAIT,         PIPE_UNLIMITED_INSTANCES, 0, 0, 0, NULL);     WriteLog("創(chuàng)建管道成功...");     // 等待客戶端連接     BOOL bRt= ConnectNamedPipe(serverNamePipe, NULL );     WriteLog( "收到客戶端的連接成功...");     // 接收數(shù)據(jù)     memset( szReadBuf, 0, MAX_BUFFER );     bRt = ReadFile(serverNamePipe, szReadBuf, MAX_BUFFER-1, &dwNumRead, NULL );     // 業(yè)務邏輯處理 （只為測試用返回原來的數(shù)據(jù)）     WriteLog( "收到客戶數(shù)據(jù):[%s]", szReadBuf);     // 發(fā)送數(shù)據(jù)     if( !WriteFile(serverNamePipe, szWriteBuf, dwNumRead, &dwNumWrite, NULL ) )     {         WriteLog("向客戶寫入數(shù)據(jù)失敗:[%#x]", GetLastError());         return ;     }     WriteLog("寫入數(shù)據(jù)成功..."); }

Pipe Client

void ClientTest() {     char    pipeName[MAX_PATH] = {0};     HANDLE  clientNamePipe;     DWORD   dwRet;     char    szReadBuf[MAX_BUFFER] = {0};     char    szWriteBuf[MAX_BUFFER] = {0};     DWORD   dwNumRead = 0;     DWORD   dwNumWrite = 0;      strcpy(pipeName, "\\.\pipe\shuangxuPipeTest");     // 檢測管道是否可用     if(!WaitNamedPipeA(pipeName, 10000)){         WriteLog("管道[%s]無法打開", pipeName);         return ;     }     // 連接管道     clientNamePipe = CreateFileA(pipeName,         GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,         0,         NULL,         OPEN_EXISTING,         FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,         NULL);     WriteLog("管道連接成功...");     scanf( "%s", szWritebuf );     // 發(fā)送數(shù)據(jù)     if( !WriteFile(clientNamePipe, szWriteBuf, strlen(szWriteBuf), &dwNumWrite, NULL)){         WriteLog("發(fā)送數(shù)據(jù)失敗,GetLastError=[%#x]", GetLastError());         return ;     }     printf("發(fā)送數(shù)據(jù)成功:%sn", szWritebuf );     // 接收數(shù)據(jù)     if( !ReadFile(clientNamePipe, szReadBuf, MAX_BUFFER-1, &dwNumRead, NULL)){         WriteLog("接收數(shù)據(jù)失敗,GetLastError=[%#x]", GetLastError() );         return ;     }     WriteLog( "接收到服務器返回:%s", szReadBuf );     // 關閉管道     CloseHandle(clientNamePipe); }

Node 創(chuàng)建子進程的流程

Unix

對于創(chuàng)建子進程、創(chuàng)建管道、重定向管道均是在 c++ 層實現(xiàn)的

創(chuàng)建子進程

int main(int argc,char *argv[]){     pid_t pid = fork();     if (pid < 0) {         // 錯誤     } else if(pid == 0) {         // 子進程     } else {         // 父進程     } }

創(chuàng)建管道

使用 socketpair 創(chuàng)建管道，其創(chuàng)建出來的管道是全雙工的，返回的文件描述符中的任何一個都可讀和可寫

int main () {     int fd[2];     int r = socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd);      if (fork()){ /* 父進程 */         int val = 0;         close(fd[1]);         while (1){             sleep(1);             ++val;             printf("發(fā)送數(shù)據(jù): %dn", val);             write(fd[0], &val, sizeof(val));             read(fd[0], &val, sizeof(val));             printf("接收數(shù)據(jù): %dn", val);         }     } else {  /*子進程*/         int val;         close(fd[0]);         while(1){             read(fd[1], &val, sizeof(val));             ++val;             write(fd[1], &val, sizeof(val));         }     } }

當我們使用 socketpair 創(chuàng)建了管道之后，父進程關閉了 fd[1]，子進程關閉了 fd[0]。子進程可以通過 fd[1] 讀寫數(shù)據(jù)；同理主進程通過 fd[0]讀寫數(shù)據(jù)完成通信。

對應代碼：https://github.com/nodejs/node/blob/main/deps/uv/src/unix/process.c#L344

child_process.fork 的詳細調(diào)用

fork 函數(shù)開啟一個子進程的流程

• 初始化參數(shù)中的 options.stdio，并且調(diào)用 spawn 函數(shù)

  function spawn(file, args, options) {   const child = new ChildProcess();    child.spawn(options); }

• 創(chuàng)建 ChildProcess 實例，創(chuàng)建子進程也是調(diào)用 C++ 層 this._handle.spawn 方法

  function ChildProcess() { 	// C++層定義 	this._handle = new Process(); }

• 通過 child.spawn 調(diào)用到 ChildProcess.prototype.spawn 方法中。其中 getValidStdio 方法會根據(jù) options.stdio 創(chuàng)建和 C++ 交互的 Pipe 對象，并獲得對應的文件描述符，將文件描述符寫入到環(huán)境變量 NODE_CHANNEL_FD 中，調(diào)用 C++ 層創(chuàng)建子進程，在調(diào)用 setupChannel 方法

  ChildProcess.prototype.spawn = function(options) {   // 預處理進程間通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 	stdio = getValidStdio(stdio, false); 	const ipc = stdio.ipc;     const ipcFd = stdio.ipcFd; 	//將文件描述符寫入環(huán)境變量中 	if (ipc !== undefined) {     ArrayPrototypePush(options.envPairs, `NODE_CHANNEL_FD=${ipcFd}`);   } 	// 創(chuàng)建進程 	const err = this._handle.spawn(options);     // 添加send方法和監(jiān)聽IPC中數(shù)據(jù) 	if (ipc !== undefined) setupChannel(this, ipc, serialization); }

• 子進程啟動時，會根據(jù)環(huán)境變量中是否存在 NODE_CHANNEL_FD 判斷是否調(diào)用 _forkChild 方法，創(chuàng)建一個 Pipe 對象, 同時調(diào)用 open 方法打開對應的文件描述符，在調(diào)用setupChannel

  function _forkChild(fd, serializationMode) {   const p = new Pipe(PipeConstants.IPC);   p.open(fd);   p.unref();   const control = setupChannel(process, p, serializationMode); }

句柄傳遞

setupChannel 主要是完成了處理接收的消息、發(fā)送消息、處理文件描述符傳遞等

function setipChannel(){ 	channel.onread = function(arrayBuffer){ 		//... 	} 	target.on('internalMessage', function(message, handle){ 		//... 	}) 	target.send = function(message, handle, options, callback){ 		//... 	} 	target._send = function(message, handle, options, callback){ 		//... 	} 	function handleMessage(message, handle, internal){ 		//... 	} }

• target.send: process.send 方法，這里 target 就是進程對象本身.
• target._send: 執(zhí)行具體 send 邏輯的函數(shù), 當參數(shù) handle 不存在時, 表示普通的消息傳遞；若存在，包裝為內(nèi)部對象，表明是一個 internalMessage 事件觸發(fā)。調(diào)用使用JSON.stringify 序列化對象, 使用channel.writeUtf8String 寫入文件描述符中
• channel.onread: 獲取到數(shù)據(jù)時觸發(fā), 跟 channel.writeUtf8String 相對應。通過 JSON.parse 反序列化 message 之后, 調(diào)用 handleMessage 進而觸發(fā)對應事件
• handleMessage: 用來判斷是觸發(fā) message 事件還是 internalMessage 事件
• target.on('internalMessage'): 針對內(nèi)部對象做特殊處理，在調(diào)用 message 事件

進程間消息傳遞

• 父進程通過 child.send 發(fā)送消息 和 server/socket 句柄對象

• 普通消息直接 JSON.stringify 序列化；對于句柄對象來說，需要先包裝成為內(nèi)部對象

  message = { 	cmd: 'NODE_HANDLE', 	type: null, 	msg: message };

  通過 handleConversion.[message.type].send 的方法取出句柄對象對應的 C++ 層面的 TCP 對象，在采用JSON.stringify 序列化

  const handleConversion = { 	'net.Server': {     simultaneousAccepts: true,      send(message, server, options) {       return server._handle;     },      got(message, handle, emit) {       const server = new net.Server();       server.listen(handle, () => {         emit(server);       });     }   } //.... }

• 最后將序列化后的內(nèi)部對象和 TCP 對象寫入到 IPC 通道中

• 子進程在接收到消息之后，使用 JSON.parse 反序列化消息，如果為內(nèi)部對象觸發(fā) internalMessage 事件

• 檢查是否帶有 TCP 對象，通過 handleConversion.[message.type].got 得到和父進程一樣的句柄對象

• 最后發(fā)觸發(fā) message 事件傳遞處理好的消息和句柄對象，子進程通過 process.on 接收