一、概述
在 Linux 系统中，进程间通信（IPC）是实现多进程协作的核心能力，其中信号通信 和共享内存是两种高频使用的通信方式：
- 信号通信：主打 "异步通知"，适用于进程间的事件触发、状态唤醒等场景；
- 共享内存：是最快的 IPC 方式，通过共享物理内存实现数据互通，需搭配信号 / 信号量实现同步。
二、信号通信：异步通知的核心机制
2.1 信号的核心定位
信号是 Linux 内核提供的异步通信机制，本质是 "通知机制"，用于处理系统中的 "随机事件"（如进程暂停、唤醒、终止、自定义事件等），核心特点：
- 异步性：信号的产生和处理与进程主流程无固定时序；
- 中断性：信号到达时，进程会暂停当前流程，优先执行信号处理函数，执行完毕后恢复原流程。
2.2 信号发送与接收的完整流程
- 信号产生 ：由随机事件触发（如
kill命令、系统调用、硬件异常等）； - 内核查找目标进程：Linux 内核接收到信号发送请求后，在进程控制块（PCB）的信号链表中，查找目标 PID 对应的进程；
- 中断并执行处理函数 ：找到目标进程后，暂停其原有工作流程，执行 PCB 中信号编号对应下标的处理函数（如信号 2 对应
handle2）； - 恢复原流程：信号处理函数执行完毕后，进程回到原有代码继续运行。
2.3 信号相关核心函数
（1）发送信号：kill ()
c
运行
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);- 功能：向指定 PID 的进程发送指定编号的信号；
- 参数 ：
pid：接收信号的进程 PID；sig：信号编号（可通过kill -l查看所有信号编号）；
- 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
示例：向 PID 为 1000 的进程发送 SIGCONT（唤醒）信号
c
运行
kill(1000, 18); // 18是SIGCONT的默认编号，等价于kill -CONT 1000（2）捕获并自定义信号处理：signal ()
c
运行
#include <signal.h>
// 函数原型（简化版）
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);- 功能：注册信号处理函数，自定义信号的处理行为；
- 参数 ：
signum：要捕获的信号编号；handler：信号处理方式，支持 3 种：SIG_DFL：使用系统默认处理行为；SIG_IGN：忽略该信号；- 自定义函数：如
void myhandle(int num)，接收信号编号作为参数；
- 返回值 ：成功返回原信号处理函数地址，失败返回
SIG_ERR。
示例：自定义 SIGCONT 信号的处理函数
c
运行
void myhandle(int num) {
printf("捕获到信号%d，进程被唤醒\n", num);
}
// 注册信号处理函数
signal(SIGCONT, myhandle);2.4 信号相关辅助命令
- 查看所有信号的编号和名称：
kill -l； - 查看信号的详细说明和默认处理行为：
man 7 signal。
三、共享内存：最快的进程间通信方式
3.1 共享内存的核心定位
共享内存是 System V 标准提供的 IPC 方式，核心是让多个进程映射同一块物理内存到自己的地址空间，实现数据直接互通。
- 优势：无需数据拷贝，是所有 IPC 中速度最快的；
- 注意：共享内存本身无同步 / 互斥机制，需搭配信号、信号量等实现 "读写同步"。
3.2 共享内存的使用流程（核心 6 步）
graph LR
A[生成唯一Key值：ftok()] --> B[申请共享内存：shmget()]
B --> C[映射到进程地址空间：shmat()]
C --> D[读写共享内存：memcpy/strcpy]
D --> E[撤销映射：shmdt()]
E --> F[删除共享内存：shmctl()]
3.3 共享内存核心函数
（1）生成唯一 Key 值：ftok ()
c
运行
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);- 功能：通过文件路径和自定义标识生成唯一键值，用于标识共享内存；
- 参数 ：
pathname：任意文件路径（需保证文件不被删除 / 重建，否则 Key 值会变化）；proj_id：整型标识（通常用 ASCII 单字符，如'!'）；
- 返回值：成功返回唯一 Key 值，失败返回 - 1。
示例：
c
运行
key_t key = ftok("./", '!'); // 基于当前目录生成Key值（2）申请共享内存：shmget ()
c
运行
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);- 功能：向内核申请指定大小的共享内存；
- 参数 ：
key：ftok 生成的唯一 Key 值；size：共享内存大小（字节，建议为 4096 的整数倍）；shmflg：权限 + 创建标识，常用IPC_CREAT | 0666（不存在则创建，权限为 666）；
- 返回值：成功返回共享内存 ID（shmid），失败返回 - 1。
示例：
c
运行
int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);（3）映射共享内存：shmat ()
c
运行
#include <sys/shm.h>
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);- 功能：将共享内存映射到进程的地址空间；
- 参数 ：
shmid：shmget 返回的共享内存 ID；shmaddr：指定映射地址，NULL 表示由系统自动分配；shmflg：访问权限，0 表示可读写，SHM_RDONLY表示只读；
- 返回值 ：成功返回映射地址，失败返回
(void*)-1。
示例：
c
运行
void *p = shmat(shmid, NULL, 0); // 映射为可读写（4）读写共享内存
共享内存映射后可直接当作普通内存使用，支持字符串 / 二进制数据操作：
c
运行
// 写入字符串
strcpy((char*)p, "共享内存测试数据");
// 读取字符串
printf("共享内存内容：%s\n", (char*)p);
// 二进制数据读写（如结构体）
memcpy(p, &data, sizeof(data));（5）撤销映射：shmdt ()
c
运行
#include <sys/shm.h>
int shmdt(const void *shmaddr);- 功能：断开进程与共享内存的映射关系（仅解绑，不删除共享内存）；
- 参数：shmat 返回的映射地址；
- 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
示例：
c
运行
shmdt(p); // 撤销映射（6）删除共享内存：shmctl ()
c
运行
#include <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);- 功能：修改共享内存属性或删除共享内存；
- 参数 ：
shmid：共享内存 ID；cmd：操作指令，IPC_RMID表示删除；buf：NULL 表示仅删除，无需获取属性；
- 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
示例：
c
运行
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); // 彻底删除共享内存3.4 共享内存相关命令
- 查看系统中所有共享内存、信号量、消息队列：
ipcs -a； - 删除指定 ID 的共享内存：
ipcrm -m 共享内存ID。
四、共享内存与管道（无名 / 有名）的核心区别
管道（无名pipe/ 有名mkfifo）也是常用 IPC 方式，但与共享内存差异显著：
| 特性 | 共享内存 | 管道（无名 / 有名） |
|---|---|---|
| 读写权限 | 双方均可读写 | 无名管道：固定读端 / 写端；有名管道：双向但需同步 |
| 阻塞特性 | 无读 / 写阻塞 | 读阻塞（无数据）、写阻塞（缓冲区满） |
| 同步机制 | 无，需搭配信号 / 信号量 | 自带同步（阻塞机制） |
| 数据存储 | 内存中，不删除则一直存在 | 内核缓冲区，读取后数据消失 |
| 数据拷贝 | 无拷贝（直接操作内存） | 需内核态 / 用户态拷贝 |
| 易用性 | 需手动管理映射 / 删除 | 可当作文件操作，更简单 |
管道核心函数补充
（1）创建无名管道：pipe ()
c
运行
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);- 功能：创建并打开无名管道；
- 参数 ：
pipefd[0]为读端，pipefd[1]为写端； - 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
（2）创建有名管道：mkfifo ()
c
运行
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);- 功能：创建有名管道文件；
- 参数 ：
pathname：管道文件的路径 + 名称；mode：文件权限（8 进制，如 0666）；
- 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
五、完整示例：共享内存 + 信号实现进程通信
5.1 进程 A：创建共享内存，写入数据，等待信号唤醒
c
运行
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
void myhandle(int num) {
printf("进程A捕获到信号%d，被唤醒\n", num);
}
int main() {
// 1. 生成Key值
key_t key = ftok("./", '!');
if (key == -1) { perror("ftok"); return 1; }
// 2. 申请共享内存
int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);
if (shmid == -1) { perror("shmget"); return 1; }
// 3. 映射共享内存
void *p = shmat(shmid, NULL, 0);
if (p == (void*)-1) { perror("shmat"); return 1; }
// 4. 写入数据
strcpy((char*)p, "Hello, 共享内存+信号通信");
printf("进程A PID：%d，已写入数据到共享内存\n", getpid());
// 5. 注册SIGCONT信号处理函数
signal(SIGCONT, myhandle);
// 6. 等待信号唤醒
printf("进程A进入阻塞，等待信号...\n");
pause();
// 7. 撤销映射
shmdt(p);
// 8. 删除共享内存（可选）
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}5.2 进程 B：读取共享内存，发送信号唤醒进程 A
c
运行
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc < 2) {
printf("用法：%s <进程A的PID>\n", argv[0]);
return 1;
}
pid_t pid_a = atoi(argv[1]);
// 1. 生成相同的Key值
key_t key = ftok("./", '!');
if (key == -1) { perror("ftok"); return 1; }
// 2. 获取共享内存
int shmid = shmget(key, 4096, 0666);
if (shmid == -1) { perror("shmget"); return 1; }
// 3. 映射共享内存
void *p = shmat(shmid, NULL, 0);
if (p == (void*)-1) { perror("shmat"); return 1; }
// 4. 读取共享内存数据
printf("进程B读取到共享内存数据：%s\n", (char*)p);
// 5. 发送SIGCONT信号唤醒进程A
kill(pid_a, 18);
printf("进程B已向进程A发送唤醒信号\n");
// 6. 撤销映射
shmdt(p);
return 0;
}5.3 运行步骤
- 编译进程 A：
gcc shm_signal_a.c -o a.out，运行：./a.out（记录进程 A 的 PID）； - 编译进程 B：
gcc shm_signal_b.c -o b.out，运行：./b.out <进程A的PID>； - 观察进程 A 输出：捕获到信号 18，被唤醒，完成通信。
六、总结
- 信号通信 ：核心是 "异步通知"，通过
kill发送信号、signal捕获信号，适用于事件触发、进程唤醒等场景； - 共享内存：最快的 IPC 方式，核心流程是 "Key→申请→映射→读写→解绑→删除"，需搭配信号 / 信号量实现同步；
- 与管道对比：共享内存无阻塞、无数据拷贝，但需手动管理；管道易用性高，自带同步但速度慢；
- 实际开发中，共享内存 + 信号是高性能进程通信的常用组合，既保证数据传输效率，又能实现事件同步。