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旅行网站开发,图文生成器,赫山区网站建设,建设银行镇海支行网站Linux进程通信与信号处理一、命名管道#xff08;FIFO#xff09;通信1.1 FIFO通信机制概述FIFO#xff08;命名管道#xff09;是一种特殊的文件类型#xff0c;它允许无亲缘关系的进程间进行通信。FIFO在文件系统中有一个路径名#xff0c;进程通过打开这个文件来进行读…Linux进程通信与信号处理一、命名管道FIFO通信1.1 FIFO通信机制概述FIFO命名管道是一种特殊的文件类型它允许无亲缘关系的进程间进行通信。FIFO在文件系统中有一个路径名进程通过打开这个文件来进行读写操作。1.2 FIFO实现双向聊天程序 FIFO写端程序A进程/* A进程写端 */#include errno.h #include fcntl.h #include pthread.h #include stdio.h #include stdlib.h #include string.h #include sys/stat.h #include sys/types.h #include unistd.h /* 线程1向B进程发送消息 */ void* th1(void* arg) { int fd *(int*)arg; // 获取FIFO1的写端文件描述符 while (1) { char buf[100] {0}; printf(to B:); // 提示输入要发送给B的消息 fgets(buf, sizeof(buf), stdin); // 从标准输入读取消息 /* write参数说明 * fd: FIFO文件描述符 * buf: 要发送的数据缓冲区 * strlen(buf) 1: 发送字符串长度1包含\0 * 发送\0确保对方能正确识别字符串结束 */ write(fd, buf, strlen(buf) 1); /* 检查退出条件 * strcmp比较输入是否为#quit\n * 注意fgets会包含换行符\n */ if (0 strcmp(buf, #quit\n)) { exit(0); // 退出整个进程 } } return NULL; } /* 线程2从B进程接收消息 */ void* th2(void* arg) { int fd *(int*)arg; // 获取FIFO2的读端文件描述符 while (1) { char buf[100] {0}; /* read参数说明 * fd: FIFO文件描述符 * buf: 接收数据的缓冲区 * sizeof(buf): 缓冲区大小 * 返回值实际读取的字节数 */ read(fd, buf, sizeof(buf)); /* 检查退出条件 * 如果收到#quit\n消息则退出程序 */ if (0 strcmp(buf, #quit\n)) { exit(0); } printf(from B:%s, buf); // 显示从B接收到的消息 fflush(stdout); // 强制刷新输出缓冲区确保及时显示 } return NULL; } /* 主函数 */ int main(int argc, char** argv) { /* 创建两个FIFO文件 * myfifo1: A写 - B读 * myfifo2: B写 - A读 * 权限0666: rw-rw-rw- */ int ret1 mkfifo(myfifo1, 0666); int ret2 mkfifo(myfifo2, 0666); /* 错误处理 * EEXIST错误FIFO已存在可以继续使用 * 其他错误创建失败退出程序 */ if (-1 ret1 || -1 ret2) { if (EEXIST errno) // FIFO已存在可以继续使用 { } else // 其他错误 { perror(mkfifo); return 1; } } /* 打开FIFO文件 * O_WRONLY: 只写方式打开myfifo1A写 * O_RDONLY: 只读方式打开myfifo2A读 * 注意open会阻塞直到另一端也被打开 */ int fd_w open(myfifo1, O_WRONLY); if (-1 fd_w) { perror(open fd_w); return 1; } int fd_r open(myfifo2, O_RDONLY); if (-1 fd_r) { perror(open fd_r); return 1; } /* 创建两个线程 * tid1: 负责发送消息th1 * tid2: 负责接收消息th2 * 通过arg参数传递文件描述符 */ pthread_t tid1, tid2; pthread_create(tid1, NULL, th1, fd_w); pthread_create(tid2, NULL, th2, fd_r); /* 等待线程结束 * pthread_join会阻塞直到线程结束 */ pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); return 0; } FIFO读端程序B进程/*- B进程读端 */#include errno.h #include fcntl.h #include pthread.h #include stdio.h #include stdlib.h #include string.h #include sys/stat.h #include sys/types.h #include unistd.h /* 线程1向A进程发送消息 */ void* th1(void* arg) { int fd *(int*)arg; // 获取FIFO2的写端文件描述符 while (1) { char buf[100] {0}; printf(to A:); // 提示输入要发送给A的消息 fgets(buf, sizeof(buf), stdin); write(fd, buf, strlen(buf) 1); // 向A发送消息 if (0 strcmp(buf, #quit\n)) { exit(0); } } return NULL; } /* 线程2从A进程接收消息 */ void* th2(void* arg) { int fd *(int*)arg; // 获取FIFO1的读端文件描述符 while (1) { char buf[100] {0}; read(fd, buf, sizeof(buf)); // 从A接收消息 if (0 strcmp(buf, #quit\n)) { exit(0); } printf(from A:%s, buf); // 显示从A接收到的消息 fflush(stdout); } return NULL; } /* 主函数 */ int main(int argc, char** argv) { /* 创建FIFO文件 * 虽然A进程已经创建但这里也创建一次确保存在 * 如果已存在EEXIST错误被忽略 */ int ret1 mkfifo(myfifo1, 0666); int ret2 mkfifo(myfifo2, 0666); if (-1 ret1 || -1 ret2) { if (EEXIST errno) { } else { perror(mkfifo); return 1; } } /* 打开FIFO文件 * O_RDONLY: 只读方式打开myfifo1B读 * O_WRONLY: 只写方式打开myfifo2B写 * 注意打开顺序与A进程相反 */ int fd_r open(myfifo1, O_RDONLY); if (-1 fd_r) { perror(open fd_r); return 1; } int fd_w open(myfifo2, O_WRONLY); if (-1 fd_w) { perror(open fd_w); return 1; } /* 创建线程 */ pthread_t tid1, tid2; pthread_create(tid1, NULL, th1, fd_w); // th1使用写端 pthread_create(tid2, NULL, th2, fd_r); // th2使用读端 /* 等待线程结束 */ pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); return 0; }1.3 FIFO通信要点总结项目说明FIFO创建使用mkfifo(name, mode)创建在文件系统中可见打开方式O_RDONLY只读、O_WRONLY只写阻塞特性open会阻塞直到另一端也被打开通信方向单向通信需要两个FIFO实现双向进程关系无亲缘关系的进程也可通信退出机制通过#quit消息协调退出二、共享内存通信2.1 共享内存通信机制共享内存是最快的IPC方式因为它直接在内存中操作不需要内核缓冲区的复制。2.2 共享内存写端程序/* 共享内存写端 */#include sys/types.h #include sys/ipc.h #include stdio.h #include stdlib.h #include unistd.h #include string.h #include sys/shm.h int main(int argc, char *argv[]) { /* ftok函数生成System V IPC键值 * 参数1路径名必须存在且可访问 * 参数2项目ID低8位有效 * 返回值生成的key_t类型键值 * * 注意两个进程使用相同的参数才能得到相同的key */ key_t key ftok(./,!); if(-1 key) { perror(ftok); return 1; } printf(0x%x\n,key); // 打印生成的键值16进制 /* shmget函数创建/获取共享内存段 * 参数1IPC键值 * 参数2共享内存大小字节 * 参数3标志位 * IPC_CREAT: 如果不存在则创建 * 0666: 权限rw-rw-rw- * 返回值共享内存标识符 */ int shmid shmget(key,4096,IPC_CREAT|0666); if(-1 shmid) { perror(shmget); return 1; } printf(shmid is %d\n,shmid); /* shmat函数将共享内存映射到进程地址空间 * 参数1共享内存标识符 * 参数2指定映射地址NULL表示系统自动分配 * 参数3标志位 * !SHM_RDONLY: 0表示可读写 * SHM_RDONLY: 只读映射 * 返回值映射后的内存地址 */ void* p shmat(shmid,NULL,!SHM_RDONLY); if((void *) -1 p) { perror(shmat); return 1; } /* 向共享内存写入数据 */ char buf[1024]hello; /* strcpy和memcpy的区别 * strcpy: 复制字符串遇到\0停止 * memcpy: 按字节复制指定长度 * 这里使用memcpy确保完全复制 */ //strcpy((char*)p,buf); // 方法1使用strcpy memcpy(p,buf,strlen(buf)1); // 方法2使用memcpy包含\0 /* shmdt函数解除共享内存映射 * 参数映射地址 * 注意只解除映射不删除共享内存 */ shmdt(p); return 0; }2.3 共享内存读端程序/*共享内存读端 */#include sys/types.h #include sys/ipc.h #include stdio.h #include stdlib.h #include unistd.h #include string.h #include sys/shm.h int main(int argc, char *argv[]) { /* 生成与写端相同的键值 */ key_t key ftok(./,!); if(-1 key) { perror(ftok); return 1; } printf(0x%x\n,key); /* 获取已存在的共享内存段 * 注意这里不需要IPC_CREAT因为写端已经创建 * 但如果写端未创建会失败 */ int shmid shmget(key,4096,IPC_CREAT|0666); if(-1 shmid) { perror(shmget); return 1; } printf(shmid is %d\n,shmid); /* 映射共享内存可读写方式 */ void* p shmat(shmid,NULL,!SHM_RDONLY); if((void *) -1 p) { perror(shmat); return 1; } /* 从共享内存读取数据并打印 */ printf(mem:%s\n,(char*)p); /* 解除映射 */ shmdt(p); /* 删除共享内存段可选 * IPC_RMID: 删除共享内存 * 注意实际使用时可能需要延迟删除 */ // shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL); return 0; }#include sys/types.h #include sys/ipc.h #include stdio.h #include stdlib.h #include unistd.h #include string.h #include sys/shm.h int main(int argc, char *argv[]) { /* 生成与写端相同的键值 */ key_t key ftok(./,!); if(-1 key) { perror(ftok); return 1; } printf(0x%x\n,key); /* 获取已存在的共享内存段 * 注意这里不需要IPC_CREAT因为写端已经创建 * 但如果写端未创建会失败 */ int shmid shmget(key,4096,IPC_CREAT|0666); if(-1 shmid) { perror(shmget); return 1; } printf(shmid is %d\n,shmid); /* 映射共享内存可读写方式 */ void* p shmat(shmid,NULL,!SHM_RDONLY); if((void *) -1 p) { perror(shmat); return 1; } /* 从共享内存读取数据并打印 */ printf(mem:%s\n,(char*)p); /* 解除映射 */ shmdt(p); /* 删除共享内存段可选 * IPC_RMID: 删除共享内存 * 注意实际使用时可能需要延迟删除 */ // shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL); return 0; }#include sys/types.h #include sys/ipc.h #include stdio.h #include stdlib.h #include unistd.h #include string.h #include sys/shm.h int main(int argc, char *argv[]) { /* 生成与写端相同的键值 */ key_t key ftok(./,!); if(-1 key) { perror(ftok); return 1; } printf(0x%x\n,key); /* 获取已存在的共享内存段 * 注意这里不需要IPC_CREAT因为写端已经创建 * 但如果写端未创建会失败 */ int shmid shmget(key,4096,IPC_CREAT|0666); if(-1 shmid) { perror(shmget); return 1; } printf(shmid is %d\n,shmid); /* 映射共享内存可读写方式 */ void* p shmat(shmid,NULL,!SHM_RDONLY); if((void *) -1 p) { perror(shmat); return 1; } /* 从共享内存读取数据并打印 */ printf(mem:%s\n,(char*)p); /* 解除映射 */ shmdt(p); /* 删除共享内存段可选 * IPC_RMID: 删除共享内存 * 注意实际使用时可能需要延迟删除 */ // shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL); return 0; }2.4 共享内存操作流程图表2.5共享内存函数对比函数功能参数说明返回值ftok生成IPC键值(路径, 项目ID)key_t类型键值shmget创建/获取共享内存(key, 大小, 标志)共享内存IDshmat映射共享内存(shmid, 地址, 标志)映射地址shmdt解除映射(映射地址)成功0/失败-1shmctl控制操作(shmid, cmd, buf)成功0/失败-1三、管道通信3.1 父子进程字典查询程序/* 管道实现字典查询 */#include fcntl.h #include stdio.h #include stdlib.h #include string.h #include unistd.h #define MAXLINE 19661 // 字典文件最大行数 int main(int argc, char **argv) { /* 创建管道 * fd[0]: 读端 * fd[1]: 写端 * 数据从fd[1]写入从fd[0]读出 */ int fd[2] {0}; int ret pipe(fd); if (-1 ret) { perror(pipe error\n); return 1; } /* 创建子进程 */ pid_t pid fork(); if (pid 0) /* 父进程字典数据提供者 */ { close(fd[0]); // 父进程关闭读端 /* 打开字典文件 */ int fd_dict open(/home/linux/dict.txt, O_RDONLY); if (-1 fd_dict) { perror(open dict); return 1; } /* 循环读取字典文件并写入管道 */ while (1) { while (1) { char buf[1024] {0}; int rd_ret read(fd_dict, buf, sizeof(buf)); if (0 rd_ret) // 读到文件末尾 { break; } write(fd[1], buf, rd_ret); // 写入管道 } lseek(fd_dict, 0, SEEK_SET); // 文件指针回到开头循环发送 } close(fd_dict); close(fd[1]); // 关闭写端 } else if (0 pid) /* 子进程字典查询客户端 */ { close(fd[1]); // 子进程关闭写端 /* 将管道读端转换为FILE*方便使用标准I/O函数 */ FILE *fp fdopen(fd[0], r); if (NULL fp) { perror(fdopen); return 0; } /* 查询循环 */ while (1) { char want_word[100] {0}; printf(input want_word); fgets(want_word, sizeof(want_word), stdin); // 读取用户输入 /* 去除换行符 */ want_word[strlen(want_word) - 1] \0; /* 退出条件检查 */ if(0 strcmp(want_word,#quit)) { break; } /* 在字典中查找单词 */ int num 0; while (1) { char line_buf[1024] {0}; fgets(line_buf, sizeof(line_buf), fp); // 从管道读取一行 /* 解析字典行 * 格式单词 解释\r * strtok分割字符串 */ char *word strtok(line_buf, ); // 获取单词 char *mean strtok(NULL, \r); // 获取解释 if (0 strcmp(word, want_word)) // 找到单词 { printf(%s %s\n, word, mean); break; } num; if (num MAXLINE) // 超过字典行数未找到 { printf(cant find wantword:%s\n, want_word); break; } } } close(fd[0]); // 关闭读端 } else /* fork失败 */ { perror(fork); return 1; } return 0; }3.2 管道通信要点特性描述创建方式pipe(fd)创建匿名管道数据流向单向fd[1]写 → fd[0]读进程关系只适用于有亲缘关系的进程缓冲区内核维护通常4KB读写行为读空阻塞写满阻塞关闭规则进程关闭不需要的端口四、信号处理机制4.1 信号基础概念信号是进程间通信的一种异步通知机制用于通知进程发生了某种事件。4.2 信号发送程序/* 信号发送工具 */#include sys/types.h #include signal.h #include stdio.h #include stdlib.h #include unistd.h int main(int argc, char *argv[]) { /* 参数检查需要进程ID和信号编号 */ if(argc3) { fprintf(stderr,usage:./a.out pid sig_num\n); return 1; } // 用法./a.out 1234 9 // argv[1]: 目标进程ID // argv[2]: 信号编号 pid_t pid atoi(argv[1]); // 目标进程ID int num atoi(argv[2]); // 信号编号 /* kill函数向指定进程发送信号 * 参数1目标进程ID * 0: 发送给特定进程 * 0: 发送给同进程组的所有进程 * -1: 发送给所有有权限的进程 * -1: 发送给进程组ID为|pid|的所有进程 * 参数2信号编号 * 0: 检查进程是否存在 */ int ret kill(pid,num); if(-1 ret) { perror(kill); return 1; } return 0; }4.3 信号测试程序/* 信号接收测试程序 */#include stdio.h #include stdlib.h #include unistd.h int main(int argc, char *argv[]) { /* 无限循环用于接收信号测试 * 可以使用kill命令或12kill.c发送信号 * 例如kill -9 pid 或 kill -SIGUSR1 pid */ while(1) { printf(pid :%d\n,getpid()); // 打印进程ID方便测试 sleep(1); } return 0; }4.4 自定义信号处理程序/* 自定义用户信号处理 */#include stdio.h #include unistd.h #include stdlib.h #include string.h #include signal.h /* SIGUSR1信号处理函数 * 特性被调用3次后忽略该信号 */ void myhandle1(int num) { static int a 0; // 静态变量记录调用次数 printf(老爸叫你去帮忙...\n); a; if(3 a) { /* 信号处理方式设置 * SIG_IGN: 忽略信号 * SIG_DFL: 恢复默认处理 * 函数指针: 自定义处理函数 */ signal(SIGUSR1,SIG_IGN); // 第3次后忽略SIGUSR1 } return ; } /* SIGUSR2信号处理函数 * 特性被调用4次后恢复默认处理 */ void myhandle2(int num) { static int a 0; printf(老妈叫你去帮忙...\n); a; if(4 a) { signal(SIGUSR2,SIG_DFL); // 第4次后恢复默认 } return ; } int main(int argc, char *argv[]) { /* 注册信号处理函数 * signal函数设置信号处理方式 * 参数1信号编号 * 参数2处理函数或宏 */ signal(SIGUSR1,myhandle1); // SIGUSR1: 用户自定义信号1 signal(SIGUSR2,myhandle2); // SIGUSR2: 用户自定义信号2 /* 主循环模拟进程正常工作 */ while(1) { printf(im playing... pid:%d\n,getpid()); sleep(1); } return 0; }4.5 统一信号处理函数版本/* 统一处理多个信号 */#include stdio.h #include unistd.h #include stdlib.h #include string.h #include signal.h /* 统一的信号处理函数 * 通过num参数区分不同信号 */ void myhandle1(int num) { if(SIGUSR1 num) // 处理SIGUSR1 { static int a 0; printf(老爸叫你去帮忙...\n); a; if(3 a) { signal(SIGUSR1,SIG_IGN); } } if (SIGUSR2 num) // 处理SIGUSR2 { static int a 0; printf(老妈叫你去帮忙...\n); a; if(4 a) { signal(SIGUSR2,SIG_DFL); } } return ; } int main(int argc, char *argv[]) { /* 两个信号都使用同一个处理函数 */ signal(SIGUSR1,myhandle1); signal(SIGUSR2,myhandle1); while(1) { printf(im playing... pid:%d\n,getpid()); sleep(1); } return 0; }4.6 定时器与信号/* 简单定时器示例 */#include stdio.h #include unistd.h #include stdlib.h int main(int argc, char *argv[]) { /* alarm函数设置定时器 * 参数秒数 * 功能n秒后向进程发送SIGALRM信号 * 默认处理终止进程 * 返回值上次定时器的剩余时间 */ alarm(5); // 5秒后发送SIGALRM /* 主循环5秒后被SIGALRM终止 */ while(1) { printf(im processing...\n); sleep(1); } return 0; }/* 自定义alarm信号处理 */#include stdio.h #include unistd.h #include stdlib.h #include signal.h int flag 0 ; // 全局标志用于任务切换 /* SIGALRM信号处理函数 */ void myhandle(int num) { flag 1; // 收到信号后改变标志 } int main(int argc, char *argv[]) { // 修改SIGALRM信号处理函数 signal(SIGALRM,myhandle); // 设置5秒定时器 alarm(5); /* 通过flag实现状态切换 * 前5秒flag0处理任务 * 5秒后flag1切换状态 */ while(1) { if(0 flag) { printf(im processing...\n); // 正常工作 } else { printf(im off duty....\n); // 休息状态 } sleep(1); } return 0; }4.7 进程挂起与恢复/* 进程挂起示例 */#include stdio.h #include unistd.h int main(int argc, char *argv[]) { int i 0; while(1) { printf(im listen music...\n); sleep(1); i; /* 运行3秒后挂起进程 * pause()挂起进程直到收到信号 * 收到信号后信号处理函数执行完毕pause返回 */ if(3 i) { pause(); // 挂起进程等待信号 } } return 0; }/* SIGCONT信号处理 */#include stdio.h #include unistd.h #include signal.h /* SIGCONT信号处理函数空函数 */ void myhandle(int num) { // 空处理函数只用于唤醒pause } int main(int argc, char *argv[]) { int i 0; /* 注册SIGCONT信号处理 * SIGCONT继续执行信号默认忽略 * 当进程被暂停CtrlZ后SIGCONT可恢复执行 */ signal(SIGCONT,myhandle); while(1) { printf(im listen music...,pid:%d\n,getpid()); sleep(1); i; /* 运行3秒后挂起等待SIGCONT信号 */ if(3 i) { pause(); // 挂起可被SIGCONT唤醒 } } return 0; }4.8 子进程回收信号/* 子进程回收信号处理 */#include stdio.h #include stdlib.h #include string.h #include unistd.h #include signal.h #include sys/wait.h /* SIGCHLD信号处理函数 * SIGCHLD子进程状态改变时发送给父进程 * 可用于异步回收子进程 */ void myhandle(int num) { /* wait函数 * 参数状态信息NULL表示不关心 * 返回值结束的子进程ID * 功能回收一个子进程 */ pid_t recycle wait(NULL); printf(pid:%d recycle pid:%d\n,getpid(),recycle); } int main(int argc, char *argv[]) { /* 注册SIGCHLD信号处理 * 避免使用wait阻塞父进程 */ signal(SIGCHLD,myhandle); /* 创建子进程 */ pid_t pid fork(); if(pid0) /* 父进程 */ { int i 10; while(i--) { printf(father ,im processing... pid:%d\n,getpid()); sleep(1); } } else if(0 pid) /* 子进程 */ { int i 3; while(i--) { printf(child ,im processsing... pid:%d\n,getpid()); sleep(1); } exit(0); // 子进程退出发送SIGCHLD } else /* fork失败 */ { perror(fork); return 1; } return 0; }4.9 常用信号列表信号编号信号名默认动作说明1SIGHUP终止终端挂起或控制进程终止2SIGINT终止中断信号CtrlC3SIGQUIT终止core退出信号Ctrl\9SIGKILL终止强制终止不可捕获10SIGUSR1终止用户自定义信号112SIGUSR2终止用户自定义信号214SIGALRM终止定时器信号17SIGCHLD忽略子进程状态改变18SIGCONT继续继续执行如果停止19SIGSTOP停止停止进程不可捕获五、 总结要点进程通信方式对比方式适用关系通信方向特点FIFO任意进程单向文件系统可见需要两个FIFO双向共享内存任意进程双向最快需要同步机制管道父子进程单向简单内核缓冲区信号任意进程单向异步通知功能有限信号处理重要函数signal- 注册信号处理函数kill- 发送信号给进程alarm- 设置定时器pause- 挂起进程等待信号sigaction- 更强大的信号处理推荐编程建议信号处理函数要简短避免复杂操作使用volatile防止编译器优化标志变量注意信号可能丢失不应用于精确计数SIGKILL和SIGSTOP不可捕获多线程中信号处理要特别小心