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
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PIDsig：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IDshmaddr：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IDcmd：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
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