详细介绍：Linux的进程间通信

int pipe(int pipefd[2]);建立一个匿名管道文件，以读和写的方式打开，将匿名管道文件的读写描述符分别写到pipedf[0],pipefd[1]中，成功返回0，失败返回-1。
匿名管道文件是内存级的(没有路径，没有文件名，不需要保存到磁盘)。
匿名管道文件只能用于具有血缘关系的进程间通信(通常用于父子间通信)。
匿名管道文件的生命周期，是随进程的。所有进程关闭了该管道的文件描述符（引用计数降为 0），释放资源。

2.3 基于匿名管道的进程池

以父子间通信为例，父进程写，子进程读并完成指定任务。

注意：

代码中想以，父进程写端关闭，子进程读继续，子进程读到文件结尾，返回0，子进程退出，回收子进程。

但是，继承下来的子进程，也会有哥哥进程的匿名管道文件的写端描述符，只要存在写端，对应子进程读段就会一直阻塞，所以子进程关闭自己写端时，也要关闭哥哥的写端。才能实现父进程写端关闭，子进程退出。

2.3.1 Process.hpp

#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "Task.hpp"
#define CHILD_PROCESS_NUM 3
#define ERR_EXIT(m)         \
do                      \
{                       \
perror(m);          \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while (0)
class Channel // 子进程的pid，父进程对应该子进程的匿名管道的写端
{
public:
Channel(pid_t chpid, int wfd)
: _chpid(chpid), _wfd(wfd)
{
}
pid_t getpid()
{
return _chpid;
}
int getwfd()
{
return _wfd;
}
void Close()
{
close(_wfd);
}
void Wait()
{
waitpid(_chpid,nullptr,0);
}
private:
pid_t _chpid;
int _wfd;
};
class ChannelManager
{
public:
void InsertChannel(pid_t pid, int wfd)
{
channels.emplace_back(pid, wfd);
}
int wfd(int index)
{
return channels[index % channels.size()].getwfd();
}
int pid(int index)
{
return channels[index % channels.size()].getpid();
}
void Printf()
{
for (auto e : channels)
printf("child pid : %d , wfd : %d\n", e.getpid(), e.getwfd());
}
void Close()
{
for (auto e : channels)
e.Close();
}
void Wait()
{
for (auto e : channels)
e.Wait();
}
private:
std::vector channels;
};
class ProcessPool
{
public:
ProcessPool(int num)
: _child_process_num(num)
{
_tm.RegisterTask(func1);
_tm.RegisterTask(func2);
_tm.RegisterTask(func3);
}
void Work(int rfd)
{
while (true)
{
int code = 0;
int n = read(rfd, &code, sizeof(int));
if (n == 0)
break;
else if (n == 4)
{
_tm.ExecuteTask(code);
}
else
{
continue;
}
}
}
void Create()
{
for (int i = 0; i < _child_process_num; ++i)
{
int fds[2] = {0};
int n = pipe(fds);
if (n != 0)
ERR_EXIT("pipe");
int pid = fork();
if (pid == -1)
ERR_EXIT("fork");
else if (pid == 0)
{
// child
close(fds[1]); // 关闭自己的写端
_cm.Close(); // 关闭哥哥进程的写端
Work(fds[0]);
close(fds[0]);
exit(0);
}
else
{
// parent
close(fds[0]);
_cm.InsertChannel(pid, fds[1]);
}
}
std::cout << "Create Success" << std::endl;
_cm.Printf();
}
void Run()
{
int i = 0;
while (true)
{
sleep(1);
int code = _tm.Code();
std::cout << "发送child " << _cm.pid(i) << " 一个任务码" << code << std::endl;
write(_cm.wfd(i), &code, sizeof(int));
i++;
}
}
~ProcessPool()
{
// 关闭父进程的写端即可，子进程都读到结尾，退出。
_cm.Close();
// 回收子进程。
_cm.Wait();
}
private:
int _child_process_num;
ChannelManager _cm;
TaskManager _tm;
};

2.3.2 Task.hpp

#include
#include
#include
#include
#include
void func1()
{
std::cout f)
{
_tasks.push_back(f);
}
int Code()
{
return rand() % _tasks.size();
}
void ExecuteTask(int code)
{
if(code >= 0 && code > _tasks;
};

2.4 命名管道

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);创建一个命名管道文件filename(可指定路径)，mode指定文件的权限，成功返回0，失败返回-1。
unlink(const char *filename);会立即移除命名管道在文件系统中的路径（即filename不再可见），但不会影响已经打开该管道的进程。成功返回0，失败返回-1。
命名管道文是内存级的(有路径，有文件名，但是数据不需要刷新到磁盘)。
命名管道文件用于不同的进程间通信(通常用于父子间通信)。
unlink后，所有进程关闭了该管道的文件描述符（延迟到引用计数降为 0），释放资源。

2.5 管道的特性

管道文件用于单向通信，属于半双工(一发一收)。通常收发在一开始就确定了，不能改。
管道文件，自带同步机制(一发一收，有顺序)。
管道文件，面向字节流(没有按特定的序列读写)。
管道文件，大小通常为64KB。
管道文件的写入的数据 <= PIPE_BUF(通常为4KB) 时，具有原子性(数据要么全部写入，要么完全不写入，不会被其他进程的写入穿插)。

3、System V IPC

3.1 System V 共享内存

共享内存区是最快的IPC形式。因为不需要系统调用。但是没有“保护机制”，数据读取随意。

3.1.1 shmget()

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

key：用户层共享的共享内存标识符，在用户层，让不同进程打开同一个共享内存。因为内核的共享内存的shmid是运行后才有的，此时不能通信，给不了id，不能指向同一个共享内存。共享内存是内存级，没有名字，用key标识。一般使用ftok，创建一个唯一的key。
size：共享内存的大小。共享内存的大小为4KB的整数倍，但是申请了多少，就给多少，如：申请4097B，共享内存在内核中为8KB，但是只给你4097B。
shmflg：IPC_CREAT，不存在，就创建，存在，就打开。用于打开。；IPC_CREAT|IPC_EXCL|权限，不存在，就创建，存在，就报错。用于创建。
成功返回shmid，失败返回-1。

注意：

对共享内存的其他操作都使用内核共享内存的shmid，不使用key。

3.1.2 shmat()&&shmdt()

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);将共享内存挂接到进程的虚拟地址空间，成功返回起始虚拟地址，失败返回(void*)-1。shmaddr是设置其实虚拟地址的位置，一般用不上，传NULL就行。shmflg当前进程的映射行为（仅自身有效），通常传0，可读可写。
int shmdt(const void *shmaddr);去共享内存的关联。共享内存的引用计数为0，释放资源。

3.1.3 shmctl()

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

命令	用途	使用频率
`IPC_STAT`	获取共享内存的状态信息（如 `shm_segsz`、`shm_nattch`）。	高（调试/监控）
`IPC_SET`	修改共享内存的某些属性（如权限 `shm_perm`）。	中（需谨慎）
`IPC_RMID`	标记删除共享内存（实际释放需等待引用计数归零）。	高（资源清理）

ipcs -m shmid，查看共享内存。
ipcrm -m shmid，删除指定的共享内存。

3.2 内核中System V IPC资源的组织管理

System V 是一个标准，Linux支持了这种标准，并专门设计了一个IPC模块。
共享内存，消息队列，信号量(本质是一个计数器，描述的是临界(共享)资源中，资源的数量)，是System V IPC的三种核心机制，接口使用类似，都有struct ipc_perm* -> 独立的数据结构 struct shmid_ds*, struct msqid_ds*, struct semid_ds*(通过强制类型转换，实现多态)，key区分唯一(不能使用相同的key)。

posted on 2025-08-09 14:52 ljbguanli 阅读(16) 评论(0) 收藏举报

详细介绍：Linux的进程间通信

前言：

1、进程间通信的介绍

1.1 进程间通信的目的

1.2 进程间通信的发展

2、管道

2.1 管道通信的四种情况

2.2 匿名管道