什么是进程通信？它有哪些应用场景及设计方案？

进程通信是指在不同进程之间传递信息和数据的一种技术。这种通信可以发生在同一台计算机的不同进程之间，也可以发生在不同计算机的不同进程之间。进程通信的目的是使多个进程能够协同工作，完成更复杂的任务。

根据交换信息量的多少和效率的高低，进程通信可以分为低级通信和高级通信。

低级通信：由于进程的互斥和同步，需要在进程间交换一定的信息，故不少学者将它们也归为进程通信。只能传递状态和整数值(控制信息)。特点：传送信息量小，效率低，每次通信传递的信息量固定，若传递较多信息则需要进行多次通信。编程复杂：用户直接实现通信的细节，容易出错。

高级通信：可以提高信号通信的效率，传递大量数据，减轻程序编制的复杂度。提供三种方式：

1. 共享内存模式：相互通讯的进程有共享存储区。进程间可以通过直接读写共享存储区的变量来交互数据，同步与互斥在并发程序设计时安排进入程序。操作系统提供这样的共享存储区及同步互斥工具。最为快捷有效的方式之一，UNIX系统中常被使用。内存共享区的互斥要通过其它机制实现;数据的发送方不关心数据由谁接收，数据的接收方也不关心数据是由谁发送的，存在安全隐患。

2. 消息传递模式。

3. 共享文件模式。

进程通信是一种非常重要的技术，它使得多个进程能够协同工作，完成更复杂的任务。不同的进程通信方案具有不同的特点和适用范围，需要根据具体的应用场景选择合适的通信方式。

进程通信的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：

分布式系统：在分布式系统中，不同的进程运行在不同的计算机上，需要通过进程通信来交换数据和协调操作。例如，在云计算环境中，分布在不同节点上的进程需要相互通信以完成任务。

并行计算：在并行计算中，多个进程同时执行不同的任务，需要通过进程通信来交换数据和同步操作。例如，在科学计算领域，需要对大规模的计算任务进行分布式处理，通过进程通信可以将计算任务分发给不同的计算节点并行处理，然后将计算结果汇总。

客户端/服务器模型：在客户端/服务器模型中，客户端和服务器是不同的进程，需要通过进程通信来交换数据和请求/响应操作。例如，在Web应用中，客户端浏览器和Web服务器之间需要通过HTTP协议进行通信，以实现网页的浏览和交互。

进程通信的设计方案也有很多种，以下是一些常见的方案：

管道(Pipe)：管道是一种最基本的进程间通信方式，它允许一个进程将其输出发送到另一个进程的输入。管道是半双工的，数据只能单向流动。在Linux中，有两种类型的管道：匿名管道和命名管道。

信号(Signal)：信号是一种异步的通信方式，用于通知接收进程有某种事情发生。进程可以发送信号给其他进程，也可以发送信号给自己。

消息队列(Message Queue)：消息队列是消息的链表，存放在内存中并由消息队列标识符标识。消息队列允许一个或多个进程向它写入与读取消息。

共享内存(Shared Memory)：共享内存允许两个或更多的进程共享一块给定的内存区域。它使得多个进程可以直接读写同一块内存空间。

信号量(Semaphore)：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它通常作为一种锁机制，防止多个进程同时访问某一共享资源。

套接字(Socket)：套接字是一种端到端的通信方式，可以在不同机器间进行通信。它既可以用于本地进程间通信，也可以用于网络通信。