Linux進程間通信：實現高效數據交換的方法

在Linux系統中，有多種進程間通信（IPC）機制可以實現高效的數據交換。以下是一些常用的方法：

1. 管道（Pipes）

• 匿名管道：適用于父子進程之間的通信。
• 命名管道（FIFO）：允許無親緣關系的進程之間進行通信。

// 創建匿名管道
int pipe(int fd[2]);

// 創建命名管道
int mkfifo(const char *path, mode_t mode);

2. 消息隊列（Message Queues）

• 允許進程發送和接收消息，消息具有類型，可以按類型選擇性地接收。

// 創建消息隊列
int msgget(key_t key, int msgflg);

// 發送消息
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

// 接收消息
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

3. 共享內存（Shared Memory）

• 允許多個進程共享同一塊內存區域，是最快的IPC機制之一。

// 創建共享內存
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

// 映射共享內存
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

// 分離共享內存
int shmdt(const void *shmaddr);

// 刪除共享內存
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

4. 信號（Signals）

• 用于通知接收進程某個事件已經發生。

// 發送信號
int kill(pid_t pid, int sig);

// 設置信號處理函數
void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

5. 信號量（Semaphores）

• 用于進程同步，控制對共享資源的訪問。

// 創建信號量集
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

// 初始化信號量
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

// P操作（等待信號量）
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

// V操作（釋放信號量）
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

6. 套接字（Sockets）

• 既可以用于本地進程間通信，也可以用于網絡通信。

// 創建套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);

// 綁定地址
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

// 監聽連接
int listen(int sockfd, int backlog);

// 接受連接
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

// 發送數據
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

// 接收數據
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

7. 內存映射文件（Memory-Mapped Files）

• 通過將文件映射到進程的地址空間來實現高效的文件讀寫。

// 創建內存映射文件
int mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

// 解除內存映射
int munmap(void *addr, size_t length);

選擇合適的IPC機制

• 匿名管道：適用于簡單的父子進程通信。
• 命名管道：適用于無親緣關系的進程通信。
• 消息隊列：適用于需要按類型接收消息的場景。
• 共享內存：適用于需要高速數據交換的場景。
• 信號：適用于事件通知。
• 信號量：適用于進程同步。
• 套接字：適用于本地或網絡通信。
• 內存映射文件：適用于大文件的讀寫操作。

選擇合適的IPC機制可以顯著提高進程間通信的效率。根據具體需求和場景，可以選擇一種或多種IPC機制組合使用。