Linux進程間通信：實現高效數據交換

在Linux系統中，進程間通信（IPC）是實現多個進程之間數據交換和同步的重要機制。以下是一些常見的Linux IPC方法及其特點：

1. 管道（Pipes）

• 匿名管道：只能在具有親緣關系的進程之間使用（如父子進程）。
• 命名管道（FIFO）：可以在任意進程之間使用，通過文件系統中的路徑名進行訪問。

// 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，消息可以帶有類型，便于選擇性接收。

// 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）

• 提供了一種高效的數據交換方式，多個進程可以直接訪問同一塊內存區域。

// 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);

5. 套接字（Sockets）

• 提供了一種通用的IPC機制，不僅限于本地進程間通信，還可以用于網絡通信。

// 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);

6. 信號（Signals）

• 用于進程間異步通知，可以用來處理異常情況或傳遞簡單信息。

// 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);

選擇合適的IPC方法

• 管道和命名管道：適用于簡單的數據傳輸，特別是父子進程之間。
• 消息隊列：適用于需要傳遞結構化數據或帶有優先級的消息。
• 共享內存：適用于大量數據的快速交換，但需要注意同步問題。
• 信號量：適用于進程同步，控制對共享資源的訪問。
• 套接字：適用于需要網絡通信或復雜通信模式的場景。
• 信號：適用于簡單的事件通知和異常處理。

在實際應用中，可以根據具體需求選擇合適的IPC方法，或者結合多種方法來實現高效的數據交換和同步。