C++在Linux中如何实现进程间通信

在Linux中，C++可以通过多种方式实现进程间通信（IPC）。以下是一些常用的IPC机制：

1. 管道（Pipes）:

   • 匿名管道（Anonymous Pipes）：通常用于具有亲缘关系的进程间通信，如父子进程。
   • 命名管道（Named Pipes，或FIFOs）：允许无亲缘关系的进程间通信。

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）:

   • 多个进程可以映射同一段物理内存，实现高效的数据交换。

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）:

   • 既可以用于同一台机器上的进程间通信，也可以用于不同机器之间的通信。

下面是使用这些IPC机制的一些基本示例：

匿名管道

#include <unistd.h>
#include <iostream>

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)); // 子进程从管道读取数据
        std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]);
    } else {
        close(pipefd[0]); // 父进程关闭读端
        const char* message = "Hello from parent!";
        write(pipefd[1], message, strlen(message) + 1); // 父进程向管道写入数据
        close(pipefd[1]);
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

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");
        return 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);

    return EXIT_SUCCESS;
}

消息队列

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

struct msg_buffer {
    long msg_type;
    char msg_text[100];
};

int main() {
    key_t key = ftok("msgqueue.c", 65);
    int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);

    msg_buffer buffer;
    buffer.msg_type = 1;
    strcpy(buffer.msg_text, "Hello from message queue!");

    msgsnd(msgid, &buffer, sizeof(buffer.msg_text), 0);

    msgrcv(msgid, &buffer, sizeof(buffer.msg_text), 1, 0);
    std::cout << "Received: " << buffer.msg_text << std::endl;

    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return EXIT_SUCCESS;
}

共享内存

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

int main() {
    key_t key = ftok("shmfile.c", 65);
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666 | IPC_CREAT);

    char* str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0);
    if (str == (char*)(-1)) {
        perror("shmat");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    strcpy(str, "Hello from shared memory!");

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

    shmdt(str);

    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return EXIT_SUCCESS;
}

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("semaphore.c", 65);
    int semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT);

    union semun arg;
    arg.val = 1; // Initialize semaphore value to 1
    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    // P operation (decrement semaphore)
    struct sembuf sb = {0, -1, SEM_UNDO};
    semop(semid, &sb, 1);

    // V operation (increment semaphore)
    sb.sem_op = 1;
    semop(semid, &sb, 1);

    semctl(semid, 0, IPC_RMID, arg);

    return EXIT_SUCCESS;
}

套接字

// 这里省略了套接字的实现，因为它们通常用于网络通信，而不是简单的进程间通信。
// 但是，你可以使用Unix域套接字（AF_UNIX）在同一台机器上的进程间进行通信。

在使用这些IPC机制时，需要注意同步和互斥问题，以避免竞态条件和数据不一致。此外，还需要处理可能出现的错误情况。在实际应用中，可能需要结合多种IPC机制来满足不同的需求。