[Linux] 进程间通信

进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）是指不同进程之间的数据交换与协作。在Linux中，进程间通信有多种方式，每种方式都有其适用的场景。本文将介绍Linux中常见的几种进程间通信方法：管道（Pipe）、命名管道（Named Pipe）、消息队列、共享内存和信号。

1. 管道（Pipe）

管道是最常见的进程间通信方式之一，允许一个进程将输出数据通过管道传递给另一个进程。管道提供的是字节流的通信方式，数据按顺序流动。

匿名管道：只能在父子进程之间使用，通过pipe()系统调用创建。父进程写入数据，子进程从管道中读取。

int fd[2];
pipe(fd);
write(fd[1], "Hello, Pipe!", 12);
char buffer[12];
read(fd[0], buffer, 12);

命名管道：可以在任意进程之间通信，通过mkfifo()函数创建命名管道。

mkfifo("/tmp/myfifo", 0666);
int fd = open("/tmp/myfifo", O_RDONLY);

2. 消息队列（Message Queues）

消息队列提供了一个按消息顺序存储和传递数据的机制。通过msgget()、msgsnd()、msgrcv()等系统调用操作消息队列。与管道不同，消息队列是基于消息而非字节流的，支持多种进程同时访问。

int msgid = msgget(IPC_PRIVATE, 0666 | IPC_CREAT);
struct msgbuf {long mtype;char mtext[100];
};
msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg), 0);
msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg), 0, 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，效率高于其他IPC机制。通过shmget()、shmat()、shmdt()和shmctl()等系统调用进行操作。共享内存需要借助信号量或互斥锁来实现进程间的同步和互斥。

int shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 1024, IPC_CREAT | 0666);
char *shm = shmat(shmid, NULL, 0);
strcpy(shm, "Shared memory message");
shmdt(shm);

4. 信号（Signals）

信号是Linux中用来通知进程某种事件发生的机制。信号可以由内核或其他进程发送。常见的信号有SIGINT（中断信号）、SIGKILL（终止信号）等。进程可以通过signal()或sigaction()系统调用注册信号处理函数。

signal(SIGINT, sig_handler);

5. 套接字（Sockets）

套接字是用于进程间通信的一种更强大的机制，它不仅可以在同一台机器上使用，还可以跨网络进行通信。通过socket()、bind()、listen()、accept()、send()、recv()等系统调用进行套接字操作。常见的通信方式有TCP/IP和UNIX域套接字。

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
listen(sockfd, 5);

总结

Linux提供了丰富的进程间通信机制，选择合适的IPC方式取决于应用的需求。管道和消息队列适用于简单的数据传递，共享内存适合大数据量的高速传输，信号适用于异步事件的通知，而套接字则适合跨网络或不同主机的通信。

了解这些IPC方式，有助于在设计进程间协作时做出更有效的决策，提高系统的性能和可靠性。