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进程间通信上（IPC）

总共五种，分别是：管道、信号量、消息队列、共享内存、套接字

1.管道

管道又分为命名管道和匿名管道

作用：比方说我现在想在a进程与b进程之间通信，希望在a进程写入数据，b进程读取数据，这时候就可以使用管道。那去使用.txt文件不是一样可以做到吗？a进程在.txt文件写入内容，b进程在.txt文件读取内容。是的，使用纯文本文档一样可以做到，但是管道的效率远超文件（因为纯文本文档的写入与读取需要使用I/O设备，而写入管道的数据会存放在内存中）。

命名管道：

创建命名管道：使用mkfifo+文件名

（删除方法与其他文件也一致）

使用示例：

a.c文件→

b.c文件→

很简单的两串代码，主要还是open()/close()和write()/read()函数能否熟练使用，那么，此时只编译运行a.c：

发现程序直接阻塞住了（甚至连fd的值都没有打印出来）

同理只运行b.c也是阻塞状态：

只有当两个进程同时运行时：

此时fd的值才能正常打出，此时给a进程写入数据→

此时两个进程同时结束，可见通信最少必须在两个进程之间完成，同时管道也是最基础的IPC机制

若是改成循环（即进程间多次发生通信）

a.c b.c

主要注意循环终止条件！当管道空时，读端会阻塞；管道满时，写段会阻塞。写段先关闭，读段read()返回值==0；读段先关闭，写段write()会触发信号SIGPIPE（13）程序退出

管道文件不占用内存，只是一个接口，实际上的内容写在内存开辟的一块空间上

匿名管道：

匿名管道主要用于父子进程之间的通信，它不需要先创建文件，而是直接在代码中通过函数创建匿名管道：

pipe()函数创建匿名管道，成功返回0，失败返回-1；参数为数组，其中pipefd[0] 代表读端（读权限）。pipefd[1]代表写端（写权限），以下为示例：

若是在父子进程中使用：

#include <unistd.h> int main() { int fd[2]; pipe(fd); // 创建管道，fd[0]读端，fd[1]写端 if (fork() == 0) { // 子进程 close(fd[0]); // 关闭读端 write(fd[1], "Hello", 6); } else { // 父进程 close(fd[1]); // 关闭写端 char buf[10]; read(fd[0], buf, 6); printf("Received: %s\n", buf); } }

总结：管道是一个半双工通信（什么是半双工？即两个进程只能由一个读取数据，一个写入数据，但是对哪边进行读取或写入不做要求，而手机通信是全双工通信，收音机是单工通信）。命名管道可以在任意两个进程间通信，匿名管道只能在父子进程之间通信，管道本质上是内核维护的内存缓冲区。

2.信号量

信号量是一种用于进程/线程同步的机制，它不仅仅用于进程间通信，更核心的作用是控制多个进程/线程对共享资源的访问。

• 信号量的值：0，1，2，3都可以，需要多少信号量由程序员自己来决定
• p操作（等待）：对信号量减一，若信号量的值为0，则阻塞
• v操作（释放）：若有进程此时在等待，则唤醒等待进程，否则信号量+1

想象一个停车场：

• 信号量的值= 停车场的空位数量。

• P操作(等待) = 一辆车进入停车场。空位减一。如果没有空位，车子就必须等待。

• V操作(发送) = 一辆车离开停车场。空位加一。如果有车在等待，就放一辆车进来。

临界资源：同一时刻只允许一个进程访问的资源

临界区：访问临界资源的代码段

信号量函数：

#include <sys/sem.h> int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

参数key_t key，唯一唯一标识信号量集的键值。（可以理解为同一个门牌号，只要门牌号一样就是同一间房间，不需要特定的门牌号）。

参数int nsems，信号量个数，想定义几个信号量就定义几个。

参数int semflg，权限标志和创建选项的组合，权限位与文件权限类似（0600），创建选项：

• IPC_CREAT：如果不存在则创建，如果已存在则忽略

• IPC_EXCL：与IPC_CREAT一起使用，如果已存在则失败

返回值：创建成功返回信号量集的标识符（非负整数），失败返回-1

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

参数int semid，由函数semget()返回的信号量集

参数int semnum，信号量在集合中的索引（类似数组下标，例如创建了两个信号量，则第一个信号量索引为0，第二个信号量索引为1，以此类推）

参数int cmd，要执行的控制命令。

• 常用命令：

  • IPC_RMID：立即删除信号量集

  • SETVAL：设置单个信号量的值

  • GETVAL：获取单个信号量的值

  • SETALL：设置所有信号量的值

  • GETALL：获取所有信号量的值

  • IPC_STAT：获取信号量集的状态信息

第四个参数...，可变参数，通过自己定义的联合体union semun来输入

union semun { int val; // SETVAL 用的值 struct semid_ds *buf; // IPC_STAT, IPC_SET 用的缓冲区 unsigned short *array; // SETALL, GETALL 用的数组 struct seminfo *__buf; // IPC_INFO 用的缓冲区（Linux特有） };

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

参数int semid，由函数semget()返回的信号量集

参数struct sembuf* sops，指向操作数组的指针（其实就是指向一个结构体的指针，不知道为啥非要这样说...）

参数size_t nsops，操作数组的操作个数

sembuf结构体：

struct sembuf { unsigned short sem_num; // 信号量在集合中的索引 short sem_op; // 操作类型 short sem_flg; // 操作标志 };

结构体参数unsigned short sem_num，信号量在集合中的索引（同上，类似数组下标）

结构体参数short sem_op，赋值-1为p操作，1为v操作

结构体参数short sem_flg，通常填写SEM_UNDO（进程退出时自动撤销操作，防止死锁）或0（默认阻塞行为）

此时存在两个进程text和tmp，代码如下

tmp.c text.c

此时同时运行这两个程序（放在后台可一起运行）→

会发现这两个进程同时混在一起运行，无法做到一个进程运行完一次循环另一个进程再去运行。

通过对上面三个函数进行封装得到自己的信号量函数：

sem_init()

sem_p()

sem_v()

sem_destroy()

此时再对text进程与tmp进程使用信号量进行控制：

tmp.c text.c

运行结果：

总结：信号量是一个功能强大的同步原语，其核心是一个受保护的整型变量和两个原子操作（P 和 V）。它通过控制进程的"等待"和"唤醒"来协调对共享资源的访问。

个人小结：管道这里倒是通俗易懂，信号量的接口实在是太多了...真的就是只能理解理解原理了，联合体需要自己编写，结构体需要记，还有各种特殊参数QAQ。真的不好记，进程间通信上课还因为前一天晚上熬夜导致没有好好听课，现在补回放只感觉路漫漫其修远兮啊。