Linux高级编程系列之IPC通信Linux高级编程系列之IPC通信 IPC: Inter-Process Commun

Linux高级编程系列之IPC通信

IPC: Inter-Process Communication，进程间通信

进程间通信的一些方式

方式	Descriptions	Comments
管道-匿名管道	`pipe()` 只能用于有亲缘关系的进程（父子）单向字节流、不能双向	简单、快不能跨无关进程不能双向通信
管道-命名管道	`mkfifo()` 通过文件路径通信单向（双向需要两个FIFO）	可跨无关进程扩展性差
信号Signal	`kill sigaction` 异步通知	不用于数据传输，只用于事件
共享内存Shared Memory	`System V:` `shmget / shmat` POSIX: `shm_open / mmap`	最快IPC，通常需要配合信号量/mutex
信号量Sempaphore	`System V:` `semget` POSIX: `sem_open`	进程同步，不传数据，控制访问共享资源
消息队列Message Queue	`System V:` `msgget` POSIX: `mq_open`	有消息边界适合命令/事件队列
套接字Socket	`Unix Domain Socket(本地IPC)`： `AF_UNIX` 网络 Socket: `AF_INET/AF_INET6`	最强、最通用代码复杂

扩展:
- mmap
- eventfd
- signalfd
- timerfd

用c语言实现命名管道ipc

首先要创建一个命名管道，可以直接使用 mkfifo my_pipe 命令，也可以使用c代码实现

void create_pipe()
{
    if (mkfifo(fifo_path, 0666) == -1)
    {
        perror("fail to mkfifo");
        exit(1);
    }
    printf("create fifo file %s successfully!\n", fifo_path);
}

创建一个读取命名管道文件的进程: open -> read

int fd = open(fifo_path, O_RDONLY);

if (fd == -1)
{
	perror("fail to open the fifo file");
	return 1;
}
char buffer[128];
ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (bytesRead > 0)
{
	buffer[bytesRead] = '\0';
	printf("Received: %s\n", buffer);
}
close(fd);

read 是一个普通的系统调用函数，读取普通文件也是使用该函数，唯一不同的是在该处读取管道文件时如果没有数据将阻塞住。

再创建一个写入命名管道文件的进程: open -> write

int fd = open(fifo_path, O_WRONLY);
if (-1 == fd)
{
	perror("fail to open the fifo file");
	return 1;
}

const char* msg = "Hello from the writer!";
write(fd, msg, strlen(msg));
close(fd);
printf("write to fifo successfully!\n");

write 在这里与上面的 read 一样，如果没有其他进程读取管道的话，这里将阻塞住。

socket方式实现ipc

socket方式需要一个 server 和 client

这里将使用dotnet 的 NamedPipeServerStream 来实现 socket server

别看 NamedPipeServerStream 中包含了 NamedPipe，但是在 unix/linux 平台下，它的底层是用 socket 实现的

using System.IO.Pipes;
using System.Text;

NamedPipeServerStream server = new NamedPipeServerStream("/tmp/test_socket", PipeDirection.InOut);
await server.WaitForConnectionAsync();
byte[] buffer = new byte[1024];
int readCnt = await server.ReadAsync(buffer, 0, 1024);
string message = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, readCnt);
Console.WriteLine(message);

Console.WriteLine("end");

dotnet run

用c语言实现 client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>

#define SOCKET_PATH "/tmp/test_socket"

int main() {
    int client_fd;
    struct sockaddr_un addr;
    const char *message = "Hello from client!";
    char buffer[100];

    // 创建 UNIX 域套接字
    if ((client_fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器的地址
    memset(&addr, 0, sizeof(struct sockaddr_un));
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strncpy(addr.sun_path, SOCKET_PATH, sizeof(addr.sun_path) - 1);

    // 连接到服务器
    if (connect(client_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(struct sockaddr_un)) == -1) {
        perror("connect");
        close(client_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 发送数据
    write(client_fd, message, strlen(message));

    // 接收响应
    int n = read(client_fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (n > 0) {
        buffer[n] = '\0';
        printf("Received: %s\n", buffer);
    }

    // 关闭连接
    close(client_fd);

    return 0;
}

sockaddr_in 和 sockaddr_un 的区别？
```
struct sockaddr_un 
{
    as_family_t sun_family; // 地址族，通常是 AF_UNIX 占两个字节
    char sun_path[108]; // Unix 域套接字路径，最大长度位108字节
}
```
- sockaddr_un 用于本地机器通信，不通过 **ip **和 端口号 来通信，而是通过 socket 文件来通信，地址族为 AF_UNIX
- sockaddr_in 通过 ip 和 端口号 来通信，地址族为 AF_INET
socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0): int socket(int domain, int type, int protocol);
- 用于创建一个套接字，并返回一个套接字描述符。套接字是用于进程间通信的基本工具，提供了数据传输的接口
- domain: 套接字的地址族，决定了通信的方式（如 AF_INET 表示 IPv4 网络，AF_UNIX 表示 Unix 域套接字）。
- type: 套接字的类型，决定了通信的行为（如 SOCK_STREAM 表示面向连接的流式套接字，SOCK_DGRAM 表示无连接的报文套接字）。
- protocol: 套接字使用的协议，通常可以设为 0，由系统自动选择协议。