Linux 进程间通信学习笔记

一、进程间通信 5 种方式

1. 管道（无名管道、有名管道 FIFO）
2. 信号
3. 消息队列
4. 共享内存
5. 信号灯（信号量）

进程之间互相隔离，各自有独立地址空间，不能直接访问对方内存，必须依靠内核提供的机制完成数据交互。

1. 管道

1.1 无名管道 pipe

• 限制：只支持有亲缘关系的进程通信（父子、兄弟进程）
• 函数原型

int pipe(int pipefd[2]);

• 参数
  • pipefd[0]：读端文件描述符
  • pipefd[1]：写端文件描述符
• 返回值：成功返回 0，失败返回 -1

无名管道核心特性（考试重点）

1. 管道有写端
   • 管道里面有数据，直接读取数据
   • 管道无数据，读操作阻塞等待，直到有数据写入
2. 管道没有写端（写端全部关闭）
   • 管道有数据直接读；没有数据，read 直接返回 0，不阻塞
3. 管道有读端
   • 管道没写满（默认 64K 缓冲区），直接写入
   • 管道写满，write 阻塞，等待读端读走数据之后才能继续写
4. 管道没有读端（所有读端关闭）
   • 执行 write 写数据，触发管道破裂 SIGPIPE 信号，进程直接退出。

无名管道是半双工：一端读、一端写，单向数据流。

1.2 有名管道 FIFO mkfifo

• 突破无名管道限制：任意两个进程之间都可以通信，不需要亲缘关系
• 特性：读写两端必须都打开，程序才会往下执行；只打开一端，程序阻塞等待另一端打开。

函数接口

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

• pathname：管道文件路径名
• mode：文件权限
• 返回值：成功 0，失败 -1

练习：写 read.c 和 write.c，实现两个程序聊天。

write.c 接收终端输入发给 read.c；read.c 接收打印，再把内容回传给 write.c。

2. 信号

信号是内核层给应用层进程发送通知的机制，属于异步通信。进程不知道信号什么时候到来。

进程收到信号三种处理方式

1. 缺省 SIG_DFL：系统默认行为（大部分信号默认杀死进程）
2. 忽略 SIG_IGN：收到信号直接无视，什么都不干
3. 捕捉：注册自定义处理函数，信号来了执行自己写的回调函数

常用信号记忆表格

信号	触发来源	作用
SIGINT	Ctrl + c	中断进程
SIGQUIT	Ctrl + \	退出进程
SIGKILL(9)	kill -9	强制杀死，不能忽略、不能捕捉
SIGSEGV	程序内部	段错误
SIGPIPE	管道写操作	管道破裂
SIGALRM	alarm()	定时时间到达
SIGCHLD	子进程	子进程结束通知父进程
SIGCONT		唤醒继续运行暂停进程
SIGSTOP(19)		暂停进程，不能忽略、不能捕捉
SIGTSTP	Ctrl + z	挂起暂停
SIGIO		异步 IO 通知

重点：9 号 SIGKILL、19 号 SIGSTOP，不能忽略、不能捕捉，无法被程序拦截。

信号函数接口

signal() 注册信号处理函数

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

• signum：信号编号
• handler：
  • SIG_IGN：忽略信号
  • SIG_DFL：恢复系统默认处理
  • 自定义函数地址：捕捉信号，信号到来调用该函数
• 返回值：成功返回上一次注册的处理函数地址；失败返回 SIG_ERR

pause()

int pause(void);

功能：让进程休眠阻塞，直到收到信号才唤醒。

alarm() 闹钟

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

seconds 秒之后，内核给当前进程发送 SIGALRM 闹钟信号。

📝 学习复盘 & 踩坑总结

1. 无名管道只能亲缘进程；有名管道 FIFO 任意进程都能用。
2. 管道破裂：写管道，但是所有读端全部关闭 → SIGPIPE 信号，进程直接死掉。写代码必须注意。
3. 信号是异步！进程不知道信号什么时候来。9、19 号信号不受程序控制。
4. pipe 创建出来两个 fd，fork 之后子进程会复制文件描述符，父子各持有读写两端，记得不用的一端 close 关闭。
5. pause 会一直睡，只有信号到来才会解除阻塞。