news 2026/10/20 19:02:03

学习笔记——Linux进程间通信(IPC)

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张小明

前端开发工程师

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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

  1. 信号产生:根据需要(随机事件)产生信号

  2. 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

  3. 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()

  4. 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
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
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
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

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

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

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

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

  1. 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)

  2. 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

  3. 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

  4. 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

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