C++在Linux中的进程间通信技术

在Linux中，C++程序可以使用多种进程间通信（IPC）技术来交换数据和信息。以下是一些常用的IPC机制：

1. 管道（Pipes）:

   • 匿名管道（Anonymous Pipes）：通常用于父子进程之间的通信。
   • 命名管道（Named Pipes，FIFOs）：允许无亲缘关系的进程之间进行通信。

2. 信号（Signals）:

   • 用于通知接收进程某个事件已经发生，可以用于进程控制，如终止进程等。

3. 消息队列（Message Queues）:

   • 允许进程发送和接收消息数据块。

4. 共享内存（Shared Memory）:

   • 允许多个进程访问同一块物理内存，是最快的IPC形式之一。

5. 信号量（Semaphores）:

   • 用于进程同步，控制多个进程对共享资源的访问。

6. 套接字（Sockets）:

   • 不仅可以在本地机器上的进程间通信，还可以用于不同机器之间的网络通信。

7. 内存映射文件（Memory-mapped Files）:

   • 允许将文件或其他对象映射到进程的地址空间，从而实现共享和通信。

8. 信号槽（Signals and Slots）:

   • 虽然不是Linux特有的，但在Qt框架中广泛使用的机制，用于对象间的通信。

9. 远程过程调用（RPC）:

   • 如gRPC、XML-RPC等，允许一个进程调用另一个进程中的函数或方法。

下面是一些简单的例子，展示了如何在C++中使用这些IPC机制：

匿名管道示例

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <iostream>

int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[10];

    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid > 0) { // 父进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        write(pipefd[1], "Hello from parent!", 20);
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        wait(NULL); // 等待子进程结束
    } else { // 子进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
    }

    return 0;
}

共享内存示例

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <iostream>
#include <cstring>

int main() {
    key_t key = 1234; // 共享内存键值
    int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666); // 创建共享内存段
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        return 1;
    }

    char *str = (char *) shmat(shmid, NULL, 0); // 将共享内存附加到进程地址空间
    if (str == (char *) -1) {
        perror("shmat");
        return 1;
    }

    strcpy(str, "Hello shared memory!"); // 写入数据
    std::cout << "Shared memory written." << std::endl;

    shmdt(str); // 分离共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL); // 删除共享内存段

    return 0;
}

在使用这些IPC机制时，需要注意同步和互斥问题，以避免竞态条件和数据不一致的问题。此外，还需要考虑错误处理和资源管理，确保程序的健壮性。