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本文深入探讨了Linux操作系统中进程间通信（IPC）的机制。介绍了多种IPC方式，包括管道、消息队列、共享内存、信号量及套接字等，解析了它们的工作原理和应用场景。通过实例演示了如何在不同进程间高效传输数据，强调了IPC在多进程编程中的重要性。文章旨在帮助开发者理解并掌握Linux IPC技术，提升系统开发和维护能力。

本文目录导读：

Linux IPC概述
管道（Pipe）
命名管道（Named Pipe）
消息队列（Message Queue）
信号量（Semaphore）
共享内存（Shared Memory）
套接字（Socket）
信号（Signal）

在多任务操作系统中，进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是确保不同进程能够高效协作和数据交换的关键技术，Linux作为广泛使用的开源操作系统，提供了多种IPC机制，以满足不同场景下的通信需求，本文将深入探讨Linux IPC的各种方式及其应用场景，帮助读者全面理解这一重要技术。

Linux IPC概述

进程间通信是指在不同进程之间传递数据和信号的过程，在Linux系统中，IPC机制不仅支持同一主机上的进程通信，还支持跨网络的进程通信，Linux提供的IPC方式主要包括：

1、管道（Pipe）

2、命名管道（Named Pipe）

3、消息队列（Message Queue）

4、信号量（Semaphore）

5、共享内存（Shared Memory）

6、套接字（Socket）

7、信号（Signal）

管道（Pipe）

管道是Linux中最简单的IPC机制，适用于父子进程或兄弟进程间的单向数据传输，管道通过系统调用pipe()创建，返回两个文件描述符，一个用于读操作，另一个用于写操作。

int pipe(int pipefd[2]);

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t cpid;
    char buf;
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    cpid = fork();
    if (cpid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (cpid == 0) { // 子进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        write(pipefd[1], "Hello, world!
", 14);
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
    } else { // 父进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        while (read(pipefd[0], &buf, 1) > 0)
            write(STDOUT_FILENO, &buf, 1);
        write(STDOUT_FILENO, "
", 1);
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
    }
    return 0;
}

命名管道（Named Pipe）

命名管道克服了管道只能在亲缘进程间通信的局限，可以在任意进程间进行通信，通过mkfifo()系统调用创建命名管道。

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
    const char *fifo_path = "/tmp/my_fifo";
    mkfifo(fifo_path, 0666);
    int fd = open(fifo_path, O_WRONLY);
    write(fd, "Hello, named pipe!
", 19);
    close(fd);
    return 0;
}

消息队列（Message Queue）

消息队列允许进程以消息为单位进行数据交换，支持多种消息类型，通过msgget()、msgsnd()和msgrcv()等系统调用进行操作。

int msgget(key_t key, int msgflg);
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
struct message {
    long msg_type;
    char msg_text[100];
};
int main() {
    key_t key = ftok("queuefile", 65);
    int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);
    struct message msg;
    msg.msg_type = 1;
    strcpy(msg.msg_text, "Hello, message queue!");
    msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.msg_text), 0);
    msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.msg_text), 1, 0);
    printf("Received message: %s
", msg.msg_text);
    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;
}

信号量（Semaphore）

信号量用于控制多个进程对共享资源的访问，防止资源竞争，通过semget()、semop()和semctl()等系统调用进行操作。

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};
int main() {
    key_t key = ftok("semfile", 65);
    int semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT);
    union semun u;
    u.val = 1;
    semctl(semid, 0, SETVAL, u);
    struct sembuf sops;
    sops.sem_num = 0;
    sops.sem_op = -1; // P操作
    sops.sem_flg = 0;
    semop(semid, &sops, 1);
    printf("Critical section
");
    sops.sem_op = 1; // V操作
    semop(semid, &sops, 1);
    semctl(semid, 0, IPC_RMID);
    return 0;
}

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，实现高效数据交换，通过shmget()、shmat()和shmdt()等系统调用进行操作。

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65);
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666 | IPC_CREAT);
    char *str = (char *) shmat(shmid, (void *) 0, 0);
    strcpy(str, "Hello, shared memory!");
    printf("Data written in memory: %s
", str);
    shmdt(str);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;
}

套接字（Socket）

套接字支持跨网络进程间通信，适用于客户端-服务器模型，通过socket()、bind()、listen()、accept()、connect()等系统调用进行操作。

int socket(int domain, int type, int protocol);
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
int listen(int sockfd, int backlog);
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

示例代码（服务器端）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    const char *hello = "Hello from server";
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);
    bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));
    listen(server_fd, 3);
    new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen);
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Message from client: %s
", buffer);
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    return 0;
}

信号（Signal）

信号是一种简单的IPC机制，用于通知接收进程某个事件已经发生，通过signal()或sigaction()系统调用进行操作。

void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void signal_handler(int signum) {
    printf("Received signal %d
", signum);
}
int main() {
    signal(SIGINT, signal_handler);
    while (1) {
        printf("Waiting for signal...
");
        sleep(

云主机博士