学习笔记——Linux进程间通信（IPC）

Linux进程间通信（IPC）

一、信号通信

1. 信号概述

应用场景：
- 异步通信
- 通知机制
- 处理随机事件
特点：轻量级，用于进程间简单通知

2. 信号处理流程

信号产生：根据需要（随机事件）产生信号
内核处理：Linux内核接收到信号请求，在PCB链表中查找对应的PID
信号处理：找到对应进程后，暂停当前工作流程，执行PCB中信号处理函数
- 例：发送信号2，则调用handle2()
恢复执行：信号处理函数执行完毕后，进程继续原来的代码执行

3. 信号相关函数

发送信号

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int kill(pid_t pid, int sig);

功能：给指定进程发送信号
参数：
- pid：接收信号的进程PID
- sig：信号编号（可用kill -l查看）
返回值：成功返回0，失败返回-1

信号捕获与处理

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void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);
// 或使用简化类型
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

handler参数选项：
- SIG_DFL：默认处理
- SIG_IGN：忽略信号
- 自定义函数：用户自定义处理函数

查看信号信息

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man 7 signal  # 查看系统中信号的说明和默认处理行为

二、管道通信

1. 无名管道

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int pipe(int pipefd[2]);

功能：创建并打开一个无名管道
参数：
- pipefd[0]：固定读端
- pipefd[1]：固定写端
特点：
- 只能用于有亲缘关系的进程间通信
- 单向通信
- 生命周期随进程结束

2. 有名管道

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

功能：创建有名管道文件
参数：
- pathname：管道文件路径+名称
- mode：八进制文件权限
特点：
- 可用于任意进程间通信
- 以文件形式存在于文件系统
- 需要手动删除

三、共享内存

1. 概述

提供者：System V（Unix操作系统）
特点：
- 最高效的IPC方式
- 进程直接读写内存，无需内核介入
- 需要配合其他同步机制（如信号、信号量集）

2. 与管道对比

特性	共享内存	管道
读写方向	双方都可读写	单向
读阻塞	无	有
写阻塞	无	有
数据存储	内存数组	内核缓冲区
数据保持	不删除数据	读取后删除

3. 使用步骤

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生成key → 申请对象 → 映射对象 → 读写对象 → 撤销映射 → 删除对象

4. 相关函数

生成唯一键值

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key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

功能：生成唯一临时键值
参数：
- pathname：任意存在的文件路径
- proj_id：整形数字（通常用ASCII字符）
注意：路径文件不能被删除重建

申请共享内存

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int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

功能：向内核申请共享内存
参数：
- key：唯一键值
- size：共享内存大小
- shmflg：访问权限（八进制）+ 标志
  - IPC_CREAT：第一个申请时使用
  - IPC_EXCL：检测是否存在
返回值：成功返回共享内存ID（shmid）

映射共享内存

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void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

功能：将共享内存映射到本地内存空间
参数：
- shmid：共享内存ID
- shmaddr：本地地址（通常为NULL，系统自动分配）
- shmflg：
  - 0：可读写
  - SHM_RDONLY：只读
返回值：成功返回映射地址

读写操作

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memcpy();  // 二进制数据
strcpy();  // 字符串数据

撤销映射

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int shmdt(const void *shmaddr);

功能：断开本地内存与共享内存的映射
参数：shmaddr - 映射地址

删除共享内存对象

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int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

功能：修改属性或删除共享内存
参数：
- shmid：共享内存ID
- cmd：IPC_RMID（删除）
- buf：NULL（只删除对象）

5. 系统命令

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ipcs -a      # 查询所有IPC对象（共享内存、信号量集、消息队列）
ipcrm -m ID  # 删除指定的共享内存

四、使用注意事项

信号：
- 信号处理函数应尽量简短
- 注意信号的可重入性问题
- 某些信号不可捕获（如SIGKILL）
管道：
- 无名管道需在fork前创建
- 有名管道需要处理读写阻塞
- 注意管道缓冲区大小限制
共享内存：
- 必须配合同步机制使用
- 注意内存映射的生命周期
- 及时清理，避免内存泄漏
- 注意多进程并发访问的数据一致性问题
通用建议：
- 错误处理要完善
- 资源使用后及时释放
- 考虑进程异常退出的清理工作