C++在Linux中的进程间通信

在Linux环境下，C++程序可以通过多种进程间通信（IPC）机制进行有效的数据交换和同步。以下是一些常用的IPC方法及其特点：

管道（Pipe）

• 类型：半双工通信方式。
• 适用场景：适用于父子进程间的通信。
• 示例代码：

int pipefd[2];
if (pipe(pipefd) == -1) {
    std::cerr << "创建管道失败" << std::endl;
    return 1;
}
pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
    std::cerr << "创建子进程失败" << std::endl;
    return 1;
} else if (pid == 0) {
    close(pipefd[0]);
    const char *msg = "Hello, Parent!";
    write(pipefd[1], msg, strlen(msg));
    close(pipefd[1]);
} else {
    close(pipefd[1]);
    char buffer[100];
    read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
    std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;
    close(pipefd[0]);
}

命名管道（FIFO）

• 类型：半双工通信方式，类似于文件系统中的一个特殊文件。
• 适用场景：可用于任意两个进程之间的通信。
• 示例代码：

int pipefds[2];
if (pipe(pipefds) == -1) {
    std::cerr << "Pipe failed" << std::endl;
    return 1;
}
pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
    std::cerr << "Fork failed" << std::endl;
    return 1;
} else if (pid == 0) {
    close(pipefds[1]);
    char buffer[1024];
    read(pipefds[0], buffer, sizeof(buffer));
    std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
    close(pipefds[0]);
} else {
    close(pipefds[0]);
    std::string message = "Hello, child process!";
    write(pipefds[1], message.c_str(), message.size());
    close(pipefds[1]);
}

消息队列（Message Queue）

• 类型：全双工通信方式。
• 适用场景：任意两个进程间进行消息传递。
• 示例代码：

key_t key = ftok("queuefile", 65);
int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);
struct message {
    long msg_type;
    char msg_text[100];
};
message msg;
msg.msg_type = 1;
strcpy(msg.msg_text, "Hello from process");
msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.msg_text), 0);
msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.msg_text), 1, 0);
std::cout << "Received: " << msg.msg_text << std::endl;
msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

共享内存（Shared Memory）

• 类型：允许多个进程访问同一块内存区域。
• 适用场景：大量数据的传输，如图像处理、数据库等。
• 示例代码：

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, Shared Memory!");
std::cout << "Data written in memory: " << str << std::endl;
shmdt(str);
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

信号量（Semaphore）

• 类型：用于控制多个进程对共享资源的访问。
• 适用场景：保护公共资源，如文件锁。
• 示例代码：

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *arry;
};
static int sem_id = 0;
static int set_semvalue() {
    union semun sem_union;
    sem_union.val = 1;
    if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return 0;
    return 1;
}
static void del_semvalue() {
    union semun sem_union;
    if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID) == -1) {}
}
static int semaphore_p() {
    if (sem_id == 0) return -1;
    if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return -1;
    if (sem_op(sem_id, 0, 1) == -1) return -1;
    return 0;
}
static int semaphore_v() {
    union semun sem_union;
    sem_union.val = 1;
    if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return -1;
    return 0;
}

每种IPC方法都有其特定的使用场景和性能特点，开发者应根据具体需求选择合适的IPC机制。