Linux进程通信：管道和信号详解

在Linux系统中，进程间通信（IPC）是一种允许不同进程之间共享数据和信息的机制。管道和信号是两种常见的IPC方法。下面是对它们的详细解释：

管道（Pipes）

管道是一种半双工的通信方式，通常用于具有亲缘关系的进程之间（例如父子进程）。管道分为两种类型：

1. 无名管道（Unnamed Pipes）：

   • 无名管道是在进程创建时自动创建的，没有名字。
   • 它们通常用于父子进程之间的通信。
   • 管道有两个文件描述符，一个用于读取，一个用于写入。
   • 数据在管道中是单向流动的，从写入端流向读取端。

   创建和使用无名管道的示例：

   #include <
       stdio.h>
       
   #include <
       unistd.h>
   
   
   int main() {
       
       int pipefd[2];
       
       pid_t pid;
       
       char buffer[10];
   
   
       // 创建管道
       if (pipe(pipefd) == -1) {
       
           perror("pipe");
       
           return 1;
   
       }
       
   
       // 创建子进程
       pid = fork();
   
       if (pid == -1) {
       
           perror("fork");
       
           return 1;
   
       }
   
   
       if (pid == 0) {
        // 子进程
           close(pipefd[1]);
        // 关闭写端
           read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
       
           printf("Child received: %s\n", buffer);
       
           close(pipefd[0]);
   
       }
    else {
        // 父进程
           close(pipefd[0]);
        // 关闭读端
           write(pipefd[1], "Hello from parent", 20);
       
           close(pipefd[1]);
   
       }
       
   
       return 0;
   
   }
       
   

2. 命名管道（Named Pipes，FIFOs）：

   • 命名管道是在文件系统中有一个名字的特殊文件。
   • 任何进程都可以通过这个名字打开管道进行通信，无论它们是否有亲缘关系。
   • 命名管道是全双工的，可以同时进行读写操作。

   创建和使用命名管道的示例：

   #include <
       stdio.h>
       
   #include <
       stdlib.h>
       
   #include <
       sys/stat.h>
       
   #include <
       fcntl.h>
       
   #include <
       unistd.h>
   
   
   int main() {
       
       int fd;
       
       char buffer[10];
   
   
       // 创建命名管道
       if (mkfifo("myfifo", 0666) == -1) {
       
           perror("mkfifo");
       
           return 1;
   
       }
       
   
       // 打开命名管道进行读写
       fd = open("myfifo", O_RDWR);
   
       if (fd == -1) {
       
           perror("open");
       
           return 1;
   
       }
       
   
       // 写入数据
       write(fd, "Hello from FIFO", 20);
       
   
       // 读取数据
       read(fd, buffer, sizeof(buffer));
       
       printf("Read from FIFO: %s\n", buffer);
       
   
       // 关闭文件描述符
       close(fd);
       
   
       // 删除命名管道
   unlink("myfifo");
       
   
   return 0;
       
   

信号（Signals）

信号是一种异步的通知机制，用于通知进程某个事件已经发生。信号可以由操作系统、其他进程或进程自身发送。常见的信号包括：

• SIGINT：中断信号，通常由Ctrl+C触发。
• SIGTERM：终止信号，用于请求进程终止。
• SIGKILL：强制终止信号，无法被捕获或忽略。
• SIGUSR1 和 SIGUSR2：用户自定义信号。

发送和处理信号的示例：

#include <
    stdio.h>
    
#include <
    signal.h>
    
#include <
    unistd.h>


// 信号处理函数
void signal_handler(int signum) {
    
    printf("Received signal %d\n", signum);

}


int main() {
    
    // 注册信号处理函数
    signal(SIGINT, signal_handler);
    
    signal(SIGTERM, signal_handler);
    

    printf("Process is running. Press Ctrl+C to send SIGINT or kill -TERM <
    pid>
     to send SIGTERM.\n");


    // 主进程循环
    while (1) {
    
        sleep(1);

    }
    

    return 0;

}
    

在这个示例中，当进程接收到SIGINT或SIGTERM信号时，会调用signal_handler函数进行处理。

总结

• 管道：用于具有亲缘关系的进程之间的单向或双向通信。
• 信号：用于异步通知进程某个事件已经发生，可以由操作系统、其他进程或进程自身发送。

这两种IPC机制在Linux系统中非常常用，掌握它们对于编写高效、可靠的系统程序非常重要。

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