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
#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
#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
#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
#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
#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;
}