Linux C进程通信技术详解

1. Linux C进程通信技术详解

在Linux操作系统中，进程通信是实现进程间数据交换与同步的重要手段。Linux C提供了多种进程通信技术，本文将详细介绍其中的几种常用技术。

1.1 管道(pipe)

管道是一种最基本的进程通信机制，它可以在具有亲缘关系的进程之间创建一个单向的通道，通常用于父子进程间通信。管道使用文件描述符来实现进程间的读写操作。

在创建管道时，使用pipe()函数创建一个管道，它返回两个文件描述符：fd[0]表示管道的读端，fd[1]表示管道的写端。

下面是一个简单的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int fd[2];
    char buffer[256];
    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("Error creating pipe");
        return 1;
    }
    if (fork() == 0) {
        close(fd[0]);
        char message[] = "Hello from child!";
        write(fd[1], message, sizeof(message));
        close(fd[1]);
        return 0;
    } else {
        close(fd[1]);
        read(fd[0], buffer, sizeof(buffer));
        printf("Parent received message: %s\n", buffer);
        close(fd[0]);
        return 0;
    }
}

在这个例子中，父进程与子进程通过管道进行通信。子进程使用write()将一条信息写入管道的写端，父进程使用read()从管道的读端读取这条信息。

1.2 有名管道(named pipe)

有名管道也是一种进程间通信的方式，不同于管道的是，它可以实现非亲缘关系进程之间的通信。

创建有名管道时，使用mkfifo()函数，它创建一个具有指定文件名的有名管道，并返回一个文件描述符。进程可以通过打开这个文件描述符来进行读写操作。

下面是一个示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
    int fd;
    char buffer[256];
    if (mkfifo("fifo", 0666) == -1) {
        perror("Error creating named pipe");
        return 1;
    }
    if (fork() == 0) {
        fd = open("fifo", O_WRONLY);
        char message[] = "Hello from child!";
        write(fd, message, sizeof(message));
        close(fd);
        return 0;
    } else {
        fd = open("fifo", O_RDONLY);
        read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        printf("Parent received message: %s\n", buffer);
        close(fd);
        return 0;
    }
}

在这个例子中，父进程与子进程通过有名管道进行通信。子进程先打开有名管道的写端，然后使用write()向管道写入一条信息。父进程先打开有名管道的读端，然后使用read()从管道读取这条信息。

1.3 共享内存(shared memory)

共享内存是一种高效的进程通信机制，它允许多个进程共享同一块内存空间，从而实现数据的共享。

在Linux C中，可以使用shmget()函数创建一个共享内存，并返回一个共享内存标识符。使用shmat()函数将共享内存附加到进程的地址空间中，通过读写该内存实现进程间的通信。使用shmdt()函数将共享内存从进程的地址空间中分离。

下面是一个示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_SIZE 1024
int main() {
    int shmid;
    char *shmaddr;
    if ((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, IPC_CREAT|0666)) == -1) {
        perror("Error creating shared memory");
        return 1;
    }
    if (fork() == 0) {
        shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
        char message[] = "Hello from child!";
        snprintf(shmaddr, SHM_SIZE, "%s", message);
        shmdt(shmaddr);
        return 0;
    } else {
        wait(NULL);
        shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
        printf("Parent received message: %s\n", shmaddr);
        shmdt(shmaddr);
        shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
        return 0;
    }
}

在这个例子中，父进程与子进程通过共享内存进行通信。首先，使用shmget()函数创建一个共享内存，然后使用shmat()函数将共享内存附加到进程的地址空间。子进程使用snprintf()将一条信息写入共享内存，父进程使用printf()从共享内存读取这条信息。最后，分别使用shmdt()和shmctl()函数分离和删除共享内存。

1.4 信号(signal)

信号是一种异步的进程间通信机制，它用于通知进程发生了某个事件。进程可以使用signal()函数来注册信号处理函数，当系统接收到相应的信号时，将调用注册的处理函数。

下面是一个示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void signal_handler(int signum) {
    printf("Received signal %d\n", signum);
    exit(0);
}
int main() {
    signal(SIGINT, signal_handler);
    while (1) {
        printf("Waiting for signal...\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

在这个例子中，进程注册了信号处理函数signal_handler()，当接收到SIGINT信号（通常是通过按下Ctrl+C键）时，将调用这个处理函数。在主函数中，进程无限循环等待信号的到来。

1.5 套接字(socket)

套接字是一种进程间通信的通用机制，它可以在不同主机的进程之间进行通信。套接字可以用于网络通信，也可以用于本地主机上的进程通信。

在Linux C中，可以使用socket()函数创建一个套接字，使用bind()函数将套接字绑定到一个地址，使用listen()函数监听连接请求，使用accept()函数接受连接，使用connect()函数发起连接请求，使用send()和recv()函数进行数据传输。

使用套接字进行进程间通信的示例代码较为复杂，这里不再赘述。

2. 总结

本文介绍了Linux C中几种常用的进程通信技术，包括管道、有名管道、共享内存、信号和套接字。这些技术各有优缺点，应根据实际情况选择合适的方式。通过进程通信，可以实现进程之间的数据共享与同步，提高系统的灵活性和性能。