IPC（进程间通信）完整笔记
一、IPC三大类别
1. 传统/古老通信方式
无名管道（pipe）：亲缘关系进程间通信
有名管道（FIFO）：任意进程间通信
信号（signal）：异步通信方式
2. IPC对象通信（System V IPC）
消息队列：相对少用
共享内存：最高效的通信方式
信号量集：用于进程同步
3. Socket通信
主要用于网络通信，也可用于本地进程通信
二、管道通信详解
2.1 管道共同特性
半双工：同一时刻只能单向传输
特殊文件：
不支持定位操作（lseek/fseek）
使用文件IO操作（open/read/write/close）
阻塞特性：
读端存在，写超过64K会阻塞
写端存在，读空管道会阻塞
读端关闭，写端会收到SIGPIPE信号
写端关闭，读端返回0（EOF）
2.2 无名管道（pipe）
创建和使用流程：
#include <unistd.h> int pipe(int pipefd[2]); // pipefd[0]:读端, pipefd[1]:写端
典型使用模式：
int fd[2]; pipe(fd); pid_t pid = fork(); if (pid > 0) { // 父进程 close(fd[0]); // 关闭读端 write(fd[1], data, size); close(fd[1]); } else if (pid == 0) { // 子进程 close(fd[1]); // 关闭写端 read(fd[0], buffer, size); close(fd[0]); }关键结论验证：
存储方式：队列结构，先进先出（FIFO）
容量限制：实际64KB（Linux默认）
同步机制：读写端必须同时存在
方向固定：不能互换读写端
2.3 有名管道（FIFO）
创建和使用流程：
创建管道
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode); // 例如：mkfifo("/tmp/myfifo", 0666);打开管道（注意打开方式）
int fd_read = open("fifo_name", O_RDONLY); // 只读方式 int fd_write = open("fifo_name", O_WRONLY); // 只写方式 // 不能使用 O_RDWR 或 O_CREAT读写操作
// 读端 read(fd_read, buffer, size); // 写端 write(fd_write, data, size);
关闭和删除
close(fd); unlink("/tmp/myfifo"); // 删除管道文件封装函数示例：
int fifo_read(char *fifoname, void *s, int size) { int fd = open(fifoname, O_RDONLY); if (fd < 0) return -1; int ret = read(fd, s, size); close(fd); return ret; } int fifo_write(char *fifoname, void *s, int size) { int fd = open(fifoname, O_WRONLY); if (fd < 0) return -1; int ret = write(fd, s, size); close(fd); return ret; }重要特性：
文件系统可见：可通过
ls查看任意进程访问：非亲缘关系进程可通信
阻塞特性：一端未打开时，另一端会在open时阻塞
手工操作：
bash
复制 下载# 读管道 cat /tmp/myfifo # 写管道 echo "data" > /tmp/myfifo
三、信号通信（Signal）
3.1 信号特点
异步通信：唯一异步的传统IPC方式
中断机制：类似硬件中断
信号编号：1~64，其中1~32常用
3.2 信号响应方式
| 类型 | 说明 | 不可处理信号 |
|---|---|---|
| Term | 终止进程 | SIGKILL(9) |
| Ign | 忽略信号 | SIGSTOP(19) |
| Core | 终止并生成core文件 | |
| Stop | 暂停进程 | |
| Cont | 继续进程 |
3.3 发送信号
kill函数：
#include <sys/types.h> #include <signal.h> int kill(pid_t pid, int sig); // 成功返回0，失败返回-1
其他发送函数：
int raise(int sig); // 向自身发信号，相当于kill(getpid(), sig) unsigned int alarm(unsigned int seconds); // 定时发送SIGALRM int pause(void); // 暂停进程，等待信号
3.4 接收和处理信号
信号注册函数：
// 原形 void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int); // 简化版（使用typedef） typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
三种处理方式：
// 1. 默认处理 signal(SIGINT, SIG_DFL); // 2. 忽略处理 signal(SIGINT, SIG_IGN); // 3. 自定义处理 void my_handler(int sig) { printf("Received signal: %d\n", sig); } signal(SIGINT, my_handler);3.5 重要结论
不可屏蔽信号：
SIGKILL(9)：强制终止，不能忽略/自定义
SIGSTOP(19)：强制暂停，不能忽略/自定义
用户自定义信号：
SIGUSR1(10)：用户自定义信号1
SIGUSR2(12)：用户自定义信号2
信号列表（部分常用）：
SIGHUP(1) 终端挂起 SIGINT(2) 中断（Ctrl+C） SIGQUIT(3) 退出（Ctrl+\） SIGILL(4) 非法指令 SIGTRAP(5) 跟踪陷阱 SIGABRT(6) 异常终止 SIGBUS(7) 总线错误 SIGFPE(8) 算术异常 SIGKILL(9) 强制终止 SIGUSR1(10) 用户信号1 SIGSEGV(11) 段错误 SIGUSR2(12) 用户信号2 SIGPIPE(13) 管道破裂 SIGALRM(14) 闹钟信号 SIGTERM(15) 终止信号 SIGCHLD(17) 子进程状态改变 SIGCONT(18) 继续执行 SIGSTOP(19) 暂停进程 SIGTSTP(20) 终端暂停（Ctrl+Z）
四、练习题和实验要点
4.1 无名管道实验
验证读写端：父子进程是否都有fd[0]/fd[1]
测试存储结构：验证FIFO特性
容量测试：测试管道最大容量
同步验证：测试读写阻塞情况
双向通信：使用两个管道实现双向通信
4.2 有名管道实验
进程通信：A程序发送，B程序接收
退出机制：收到"quit"双方退出
管理工具：实现fifo_tool创建/删除管道
封装函数：实现fifo_read/fifo_write
4.3 信号实验
自定义kill程序：模拟系统kill命令
信号响应测试：测试所有32个信号响应
自定义处理：实现信号自定义处理函数
五、实用技巧和注意事项
5.1 管道使用技巧
双向通信：使用两个管道（一个读一个写）
进程同步：利用管道的阻塞特性
错误处理：检查read/write返回值
资源清理：及时关闭管道文件描述符
5.2 信号使用技巧
信号重入：信号处理函数应为可重入函数
信号屏蔽：使用sigprocmask屏蔽不需要的信号
信号队列：实时信号可排队，标准信号可能丢失
竞态条件：注意信号处理时的竞态问题
5.3 调试技巧
管道调试：
strace -e trace=read,write,pipe,close ./program
信号调试：
strace -e trace=signal,kill ./program
查看进程信号：
ps -eo pid,cmd | grep program kill -l # 查看信号列表
