面试问题--进程间通信

进程间通信的C语言实现

在操作系统中，进程间通信（IPC）是一种重要的机制，允许不同的进程之间进行数据交换和信息传递。本文将介绍几种常见的进程间通信方式，并提供用C语言实现的简单示例。

1. 管道（Pipes）

说明： 管道是一种单向通信机制，允许一个进程的输出直接作为另一个进程的输入。
示例： 在Unix/Linux系统中，可以使用pipe函数创建一个管道，通过fork创建子进程，使得子进程的输出可以传递给父进程。例如，一个进程可以生成一些数据，将其通过管道传递给另一个进程进行处理。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pipe_fd[2];
    char buffer[30];

    // 创建管道
    if (pipe(pipe_fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();

    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) { // 子进程
        close(pipe_fd[1]); // 关闭写入端

        // 从管道读取数据
        read(pipe_fd[0], buffer, sizeof(buffer));
        printf("Child Process: Received message from parent: %s\n", buffer);

        close(pipe_fd[0]);
    } else { // 父进程
        close(pipe_fd[0]); // 关闭读取端

        const char* message = "Hello from Parent Process!";
        
        // 将数据写入管道
        write(pipe_fd[1], message, strlen(message) + 1);

        close(pipe_fd[1]);
    }

    return 0;
}

2. 消息队列（Message Queues）:

说明： 消息队列允许进程通过在队列中发送和接收消息来进行通信。消息队列是一种通过消息进行异步通信的机制。
示例： 在Linux中，使用msgget创建消息队列，msgsnd发送消息，msgrcv接收消息。例如，一个进程可以将消息发送到队列中，而另一个进程可以从队列中接收并处理这些消息。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>

struct message {
    long msg_type;
    char msg_text[100];
};

int main() {
    key_t key;
    int msg_id;

    // 创建唯一的键值
    key = ftok("msg_queue_key", 65);

    // 创建消息队列
    msg_id = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);

    struct message msg;

    // 发送消息
    msg.msg_type = 1;
    strcpy(msg.msg_text, "Hello from Message Queue!");
    msgsnd(msg_id, &msg, sizeof(msg), 0);

    printf("Message Sent: %s\n", msg.msg_text);

    return 0;
}

3. 共享内存（Shared Memory）:

说明： 共享内存允许多个进程访问同一块内存空间，从而实现数据共享。因为进程可以直接读写共享内存，所以这是一种高效的通信方式。
示例： 通过shmget创建共享内存，shmat将共享内存映射到进程的地址空间。多个进程可以通过共享内存读写数据。例如，一个进程可以将数据写入共享内存，而另一个进程可以读取这些数据。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

int main() {
    key_t key;
    int shmid;
    char* data;

    // 创建唯一的键值
    key = ftok("shared_memory_key", 65);

    // 创建共享内存
    shmid = shmget(key, 1024, 0666 | IPC_CREAT);

    // 将共享内存连接到当前进程的地址空间
    data = (char*)shmat(shmid, (void*)0, 0);

    // 写入数据到共享内存
    sprintf(data, "Hello from Shared Memory!");

    printf("Data Written: %s\n", data);

    // 分离共享内存
    shmdt(data);

    return 0;
}

4. 套接字（Sockets）:

说明： 套接字是一种网络通信机制，但它也可以用于本地进程间通信。套接字提供了一种通用的双向通信方式，适用于不同主机或同一主机上的不同进程。
示例： 进程可以通过套接字进行网络通信，也可以在本地使用套接字进行进程间通信。例如，两个进程可以通过套接字在同一台计算机上进行通信，实现数据交换和协作。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    const char* hello = "Hello from Socket!";

    // 创建套接字
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定套接字到地址和端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 发送数据
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Message Sent: %s\n", hello);

    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

5. 信号（Signals）:

说明： 信号是一种异步通信机制，用于通知进程发生了某种事件。信号常用于处理外部事件，如用户输入或错误发生。
示例： 进程可以通过向另一个进程发送信号来通知某个事件的发生。例如，kill命令可以向进程发送信号，常用于终止一个进程。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void signal_handler(int signum) {
    if (signum == SIGUSR1) {
        printf("Received SIGUSR1 signal.\n");
    }
}

int main() {
    // 注册信号处理函数
    signal(SIGUSR1, signal_handler);

    // 发送信号给当前进程
    kill(getpid(), SIGUSR1);

    return 0;
}