Linux进程间通信：实现高效数据交换的方法

在Linux系统中，有多种进程间通信（IPC）机制可以实现高效的数据交换。以下是一些常用的方法：

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）：允许无亲缘关系的进程之间进行通信。

// 创建匿名管道
int pipe(int fd[2]);

// 创建命名管道
int mkfifo(const char *path, mode_t mode);

2. 消息队列（Message Queues）

• 允许进程发送和接收消息，消息具有类型，可以按类型选择性地接收。

// 创建消息队列
int msgget(key_t key, int msgflg);

// 发送消息
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

// 接收消息
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

3. 共享内存（Shared Memory）

• 允许多个进程共享同一块内存区域，是最快的IPC机制之一。

// 创建共享内存
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

// 映射共享内存
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

// 分离共享内存
int shmdt(const void *shmaddr);

// 删除共享内存
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

4. 信号（Signals）

• 用于通知接收进程某个事件已经发生。

// 发送信号
int kill(pid_t pid, int sig);

// 设置信号处理函数
void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

5. 信号量（Semaphores）

• 用于进程同步，控制对共享资源的访问。

// 创建信号量集
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

// 初始化信号量
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

// P操作（等待信号量）
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

// V操作（释放信号量）
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

6. 套接字（Sockets）

• 既可以用于本地进程间通信，也可以用于网络通信。

// 创建套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);

// 绑定地址
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

// 监听连接
int listen(int sockfd, int backlog);

// 接受连接
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

// 发送数据
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

// 接收数据
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

7. 内存映射文件（Memory-Mapped Files）

• 通过将文件映射到进程的地址空间来实现高效的文件读写。

// 创建内存映射文件
int mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

// 解除内存映射
int munmap(void *addr, size_t length);

选择合适的IPC机制

• 匿名管道：适用于简单的父子进程通信。
• 命名管道：适用于无亲缘关系的进程通信。
• 消息队列：适用于需要按类型接收消息的场景。
• 共享内存：适用于需要高速数据交换的场景。
• 信号：适用于事件通知。
• 信号量：适用于进程同步。
• 套接字：适用于本地或网络通信。
• 内存映射文件：适用于大文件的读写操作。

选择合适的IPC机制可以显著提高进程间通信的效率。根据具体需求和场景，可以选择一种或多种IPC机制组合使用。