Linux C++中如何进行进程间通信

在Linux环境下，C++程序可以使用多种方法进行进程间通信（IPC）。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。

3. 消息队列（Message Queues）:

   • 允许进程发送和接收消息。

4. 共享内存（Shared Memory）:

   • 允许多个进程访问同一块内存区域。

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）:

   • 可以用于本地进程间通信（如Unix Domain Sockets）或网络通信。

下面是一些简单的示例代码，展示了如何在C++中使用这些IPC机制：

匿名管道

#include 
#include 

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

    // 创建匿名管道
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 父进程关闭写端，子进程关闭读端
    if (fork() == 0) {
        close(pipefd[1]); // 子进程关闭写端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer)); // 读取数据
        std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]);
    } else {
        close(pipefd[0]); // 父进程关闭读端
        write(pipefd[1], "Hello from parent", 20); // 写入数据
        close(pipefd[1]);
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

命名管道（FIFO）

#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    const char* fifo = "/tmp/myfifo";
    mkfifo(fifo, 0666);

    int fd = open(fifo, O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    write(fd, "Hello FIFO", 11);
    char buffer[12];
    read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    std::cout << "Read from FIFO: " << buffer << std::endl;

    close(fd);
    unlink(fifo); // 删除FIFO

    return EXIT_SUCCESS;
}

共享内存

#include 
#include 
#include 
#include 

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");
    std::cout << "String in shared memory: " << str << std::endl;

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

    return EXIT_SUCCESS;
}

信号量

#include 
#include 
#include 

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main() {
    key_t key = ftok("semfile", 65);
    int semid = semget(key, 1, 0666|IPC_CREAT);

    union semun arg;
    arg.val = 1; // 初始化信号量为1
    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    // 使用semop进行P操作（等待信号量）
    struct sembuf sb = {0, -1, SEM_UNDO};
    semop(semid, &sb, 1);

    std::cout << "Semaphore value decreased to 0" << std::endl;

    // 使用semop进行V操作（释放信号量）
    sb.sem_op = 1;
    semop(semid, &sb, 1);

    semctl(semid, 0, IPC_RMID, arg);

    return EXIT_SUCCESS;
}

套接字（Unix Domain Sockets）

// 服务器端
#include 
#include 
#include 
#include 

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.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);
    std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;

    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return EXIT_SUCCESS;
}

// 客户端
#include 
#include 
#include 
#include 

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) {
        std::cout << "\n Socket creation error \n";
        return -1;
    }

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

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

    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    std::cout << "Hello message sent\n";
    read(sock, buffer, 1024);
    std::cout << "Message from server: " << buffer << std::endl;

    close(sock);

    return 0;
}

在使用这些IPC机制时，需要注意同步问题，特别是在共享内存和信号量的使用中。此外，错误处理在实际应用中也非常重要。以上代码仅为示例，实际使用时需要根据具体情况进行调整。