Linux C++如何进行多进程通信

在Linux环境下，C++可以通过多种方式实现多进程通信（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）:

   • 用于进程间简单通信，如终止进程、忽略信号或执行特定操作。

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区域，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）:

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

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，实现共享数据。

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 <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]); // 关闭不需要的读端
        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]); // 关闭不需要的写端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
    }

    return 0;
}

命名管道（FIFO）

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

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

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

    const char* message = "Hello from FIFO!";
    write(fd, message, strlen(message) + 1);

    char buffer[10];
    read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;

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

    return 0;
}

共享内存

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

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 from shared memory!");
    std::cout << "Shared memory: " << str << std::endl;

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

    return 0;
}

信号量

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <iostream>

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）
    struct sembuf sb = {0, -1, SEM_UNDO};
    semop(semid, &sb, 1);

    std::cout << "Semaphore P operation completed." << std::endl;

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

    semctl(semid, 0, IPC_RMID);

    return 0;
}

在使用这些IPC机制时，需要注意同步问题，以避免竞态条件和其他并发问题。此外，还需要考虑错误处理和资源清理，确保程序的健壮性。