Ubuntu进程通信：有哪些高效方法 - 问答

在Ubuntu系统中，有多种高效的进程间通信（IPC）方法可供选择。以下是一些常用的IPC方法：

1. 管道（Pipes）

匿名管道：适用于父子进程之间的通信。
命名管道（FIFO）：允许不相关的进程之间进行通信。

2. 消息队列

System V消息队列：一种基于键值的消息传递机制。
POSIX消息队列：更现代、更灵活的消息队列实现。

3. 共享内存

System V共享内存：允许多个进程访问同一块物理内存。
POSIX共享内存：提供更简洁的API和更好的可移植性。

4. 信号

用于通知接收进程某个事件已经发生。

5. 信号量

用于进程同步，控制对共享资源的访问。

6. 套接字（Sockets）

Unix域套接字：适用于同一台主机上的进程间通信。
网络套接字：可用于不同主机之间的通信。

7. 内存映射文件

将文件或设备映射到进程的地址空间，实现高效的文件I/O和数据共享。

8. 远程过程调用（RPC）

如gRPC、Apache Thrift等，允许一个进程调用另一个进程中的函数。

9. 文件锁

使用fcntl系统调用实现文件级别的锁定，防止多个进程同时修改同一文件。

10. 事件驱动编程

使用epoll、kqueue等机制监听多个文件描述符的事件，实现高效的I/O多路复用。

选择合适的IPC方法

选择哪种IPC方法取决于具体的应用场景和需求：

简单通信：管道和消息队列可能是最简单的选择。
高性能：共享内存和内存映射文件通常提供最高的性能。
跨主机通信：网络套接字是唯一的选择。
同步控制：信号量和文件锁用于确保数据一致性。
复杂交互：RPC框架可以简化远程服务调用。

示例代码

以下是一些简单的示例代码，展示如何在Ubuntu中使用这些IPC方法：

管道（匿名管道）

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

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

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

    pid_t 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;
}

共享内存（System V）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>

int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65);
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666|IPC_CREAT);
    char *str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0);

    strcpy(str, "Hello World");
    printf("String written to shared memory: %s\n", str);

    shmdt(str);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

Unix域套接字

// 服务器端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_un address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};

    if ((server_fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    address.sun_family = AF_UNIX;
    strncpy(address.sun_path, "/tmp/uds_example.sock", sizeof(address.sun_path)-1);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Message from client: %s\n", buffer);

    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

// 客户端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    struct sockaddr_un serv_addr;
    int sock = 0;
    char *hello = "Hello from client";
    char buffer[1024] = {0};

    if ((sock = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sun_family = AF_UNIX;
    strncpy(serv_addr.sun_path, "/tmp/uds_example.sock", sizeof(serv_addr.sun_path)-1);

    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }

    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");
    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Message from server: %s\n", buffer);

    close(sock);

    return 0;
}

这些示例代码展示了如何在Ubuntu中使用管道、共享内存和Unix域套接字进行进程间通信。根据具体需求选择合适的IPC方法，并参考相应的API文档进行实现。

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