Linux 系统中，进程间通信机制

在 Linux 系统中，进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）是多个进程之间交换数据和同步操作的机制。Linux 提供了多种 IPC 方式，每种方式适用于不同的场景。以下是常见的 IPC 方式及其详解：

1. 管道（Pipe）

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动。通常用于父子进程或兄弟进程之间的通信。

（1）无名管道（Anonymous Pipe）

特点：
- 只能在具有亲缘关系的进程之间使用（如父子进程）。
- 通过 pipe() 系统调用创建。
- 数据是字节流，没有消息边界。

示例：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main() {int fd[2];pipe(fd); // 创建管道if (fork() == 0) { // 子进程close(fd[0]); // 关闭读端write(fd[1], "Hello", 6); // 写入数据close(fd[1]);} else { // 父进程close(fd[1]); // 关闭写端char buf[6];read(fd[0], buf, 6); // 读取数据printf("Received: %s\n", buf);close(fd[0]);}return 0;
}

（2）命名管道（Named Pipe, FIFO）

特点：
- 可以在无关进程之间使用。
- 通过 mkfifo() 创建，是一个特殊的文件。
- 数据是字节流，没有消息边界。

示例：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main() {mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道if (fork() == 0) { // 子进程int fd = open("my_fifo", O_WRONLY);write(fd, "Hello", 6);close(fd);} else { // 父进程int fd = open("my_fifo", O_RDONLY);char buf[6];read(fd, buf, 6);printf("Received: %s\n", buf);close(fd);}return 0;
}

2. 消息队列（Message Queue）

消息队列是一种全双工的通信方式，允许进程通过消息的形式交换数据。

特点：
- 消息是有边界的，发送和接收的是完整的消息。
- 消息队列独立于进程存在，即使进程结束，消息队列仍然存在。
- 通过 msgget()、msgsnd()、msgrcv() 等系统调用操作。

示例：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>struct msg_buffer {long msg_type;char msg_text[100];
};int main() {int msgid = msgget(IPC_PRIVATE, 0666 | IPC_CREAT); // 创建消息队列struct msg_buffer message;message.msg_type = 1;strcpy(message.msg_text, "Hello");msgsnd(msgid, &message, sizeof(message), 0); // 发送消息msgrcv(msgid, &message, sizeof(message), 1, 0); // 接收消息printf("Received: %s\n", message.msg_text);msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL); // 删除消息队列return 0;
}

3. 共享内存（Shared Memory）

共享内存允许多个进程共享同一块内存区域，是最高效的 IPC 方式。

特点：
- 数据直接存储在内存中，无需内核介入。
- 需要同步机制（如信号量）来避免竞争条件。
- 通过 shmget()、shmat()、shmdt() 等系统调用操作。

示例：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {int shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 1024, 0666 | IPC_CREAT); // 创建共享内存char *shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0); // 附加共享内存if (fork() == 0) { // 子进程strcpy(shmaddr, "Hello");shmdt(shmaddr); // 分离共享内存} else { // 父进程wait(NULL); // 等待子进程完成printf("Received: %s\n", shmaddr);shmdt(shmaddr); // 分离共享内存shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); // 删除共享内存}return 0;
}

4. 信号量（Semaphore）

信号量用于进程间的同步，避免竞争条件。

特点：
- 通常与共享内存一起使用。
- 通过 semget()、semop() 等系统调用操作。

示例：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>int main() {int semid = semget(IPC_PRIVATE, 1, 0666 | IPC_CREAT); // 创建信号量semctl(semid, 0, SETVAL, 1); // 初始化信号量值为 1struct sembuf op = {0, -1, 0}; // P 操作semop(semid, &op, 1);printf("Critical section\n");op.sem_op = 1; // V 操作semop(semid, &op, 1);semctl(semid, 0, IPC_RMID); // 删除信号量return 0;
}

5. 套接字（Socket）

套接字是一种通用的 IPC 方式，可以用于本地或网络通信。

特点：
- 支持跨机器的进程通信。
- 通过 socket()、bind()、listen()、accept() 等系统调用操作。

示例：

#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main() {int sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0); // 创建套接字struct sockaddr_un addr;addr.sun_family = AF_UNIX;strcpy(addr.sun_path, "my_socket");bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); // 绑定地址listen(sockfd, 5); // 监听连接int clientfd = accept(sockfd, NULL, NULL); // 接受连接write(clientfd, "Hello", 6); // 发送数据close(clientfd);close(sockfd);return 0;
}

6. 信号（Signal）

信号是一种异步通信机制，用于通知进程发生了某个事件。

特点：
- 信号是异步的，进程无法预测何时收到信号。
- 通过 kill() 发送信号，通过 signal() 或 sigaction() 处理信号。

示例：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handler(int sig) {printf("Received signal: %d\n", sig);
}int main() {signal(SIGINT, handler); // 注册信号处理函数while (1) {printf("Running...\n");sleep(1);}return 0;
}

总结

IPC 方式	特点
管道	半双工，适用于亲缘进程。
消息队列	全双工，消息有边界。
共享内存	高效，需要同步机制。
信号量	用于同步，避免竞争条件。
套接字	通用，支持本地和网络通信。
信号	异步通信，用于事件通知。