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C++在Linux中的进程间通信技术

小樊
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2025-05-02 07:37:00
栏目: 编程语言

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。

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