进程间的通信--IPC（消息队列，共享内存）

它是什么：内核里的一段临时缓冲区，像个单向水管。
能干嘛：把一个进程输出的字节流，原封不动地灌给另一个进程。
局限性（为什么不够用）：
- 只能单向，数据只能从一个口进，从另一个口出。
- 无边界，传过去就是一串连续的字节，接收方不知道哪里是头哪里是尾，得自己想办法切分。
- 依赖亲缘关系，传统管道只能在父子进程间用（有名管道FIFO虽然能突破这个，但其他局限仍在）。

结论：管道只适合"一个进程生产数据，另一个进程消费数据"这种流水线场景。一旦通信不是这种模式，管道就废了。

2. 信号：解决"事件通知"问题

它是什么：一种软件中断，内核给进程发一个编号（比如9、15）。
能干嘛：告诉进程"出事了"或"你该干嘛了"，比如"立刻死掉""暂停执行""重新读取配置"。
为什么管道不行：
- 管道传的是数据，不是事件。如果要用管道通知进程退出，进程得一直读管道、解析内容，才知道"哦，这是让我退出"，这浪费CPU。
- 信号是异步的，进程正在执行任何代码时，信号都能随时插入打断（前提是没屏蔽），管道做不到这种"即时打断"能力。
局限性（为什么不够用）：
- 信息量极少，信号只能带一个整数值，传不了复杂结构体。
- 不可靠，信号可能被丢弃或合并，比如连续发多个同样的信号，进程可能只收到一个。

结论：信号只适合发"简单指令"，不适合传数据。

3. 其他IPC（共享内存、消息队列等）：解决"高效/灵活通信"问题

共享内存：
- 物理内存里划一块公共区域，多个进程的虚拟地址都映射到它。
- 为什么管道不行 ：管道要经过内核拷贝（进程A→内核→进程B），共享内存直接读写那块区域，零拷贝，速度是管道的好几倍甚至几十倍。
- 代
消息队列：
- 内核里维护的一个个消息包，每个包有类型、长度、内容。
- 为什么管道不行：管道只能顺序读取，而消息队列可以按类型挑着读，而且每个消息有边界，不用自己切分字节流。

System V IPC 包含三种进程间通信机制，有消息队列，信号灯（也叫信号量），共享内存。此外还有 System V IPC 的补充版本 POSIX IPC，这两组 IPC 的通信方法基本一致，本章以 System V IPC 为例介绍 Linux 进程通信机制。

1.2 基本使用流程

bash 复制代码

// SystemV IPC 包含三种内核对象
1. 消息队列 (Message Queue)
2. 共享内存 (Shared Memory)  
3. 信号量 (Semaphore)

// 查看当前系统的IPC对象
$ ipcs -a

------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages    
0x12345678 0          root       666        0            0

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
0x12345679 0          root       666        1024       0

------ Semaphore Arrays --------
key        semid      owner      perms      nsems     
0x1234567a 0          root       666        1

一、消息队列（Message Queue）

1. 概念

shmget(IPC_CREAT) 的行为是：

有就返回已有的，没有才创建，不会重复创建多个同 key 的共享内存。

消息队列是一种内核维护的链式队列：

进程 → 发消息 → 内核队列
另一个进程 → 从队列取消息
异步通信
按消息类型过滤

2. 常用结构

复制代码

struct msgbuf {
    long mtype;      // 消息类型（必须 > 0）
    char mtext[128]; // 消息内容
};

3. 常用函数

(1) msgget ------ 创建/获取消息队列

复制代码

int msgget(key_t key, int msgflg);

参数解释：

参数	含义
key	IPC key（ftok生成或IPC_PRIVATE）
msgflg	权限 + 创建标志

常用写法：

复制代码

msgget(key, IPC_CREAT | 0666);

说明：

IPC_CREAT：不存在就创建
0666：权限（读写）

(2) msgsnd ------ 发送消息

复制代码

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

参数：

参数	含义
msqid	msgget返回的ID
msgp	消息结构体指针
msgsz	消息正文长度（不包括mtype）
msgflg	控制阻塞方式

示例：

复制代码

msgsnd(msqid, &msg, strlen(msg.mtext)+1, 0);

(3) msgrcv ------ 接收消息

复制代码

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz,
               long msgtyp, int msgflg);

参数：

参数	含义
msqid	队列ID
msgp	接收缓冲区
msgsz	最大接收长度
msgtyp	消息类型过滤
msgflg	控制阻塞

msgtyp 规则（重点）：

值	含义
0	接收第一条消息
>0	接收指定 type
<0	接收 ≤ 绝对值的最小 type

(4) msgctl ------ 控制/删除

复制代码

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

参数：

参数	含义
msqid	队列ID
cmd	操作命令
buf	状态结构（可为NULL）

常用 cmd：

命令	含义
IPC_RMID	删除队列
IPC_STAT	获取状态
IPC_SET	修改属性

二、共享内存（Shared Memory）

1. 概念

共享内存 = 最快 IPC

多进程共享同一块物理内存
不需要拷贝数据（零拷贝）
需要自己加同步（信号量）

2. 常用函数

(1) shmget ------ 创建共享内存

复制代码

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

参数：

参数	含义
key	ftok生成或IPC_PRIVATE
size	共享内存大小
shmflg	权限 + 创建标志

示例：

复制代码

shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);

(2) shmat ------ 连接共享内存

复制代码

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

参数：

参数	含义
shmid	shmget返回ID
shmaddr	通常 NULL（系统自动分配）
shmflg	0 或 SHM_RDONLY

示例：

复制代码

char *p = shmat(shmid, NULL, 0);

(3) shmdt ------ 解除映射

复制代码

int shmdt(const void *shmaddr);

参数	含义
shmaddr	shmat返回的地址

(4) shmctl ------ 控制/删除

复制代码

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

cmd：

命令	含义
IPC_RMID	删除共享内存
IPC_STAT	查看信息
IPC_SET	修改

三、消息队列 vs 共享内存（重点对比）

对比项	消息队列	共享内存
速度	中等（拷贝）	最快（零拷贝）
通信方式	内核转发	直接内存访问
结构	有序消息	原始内存
同步	自动	需要自己做
复杂度	简单	较复杂
使用场景	通信控制	大数据交换