Linux 进程间通信指南介绍

这本免费电子书让经验丰富和偶尔编码的程序员深入了解 Linux 中进程间通信 (IPC) 的核心概念和机制。

让一个软件进程与另一个软件进程对话是一项微妙的平衡行为。然而，对于应用程序来说，这可能是一项至关重要的功能，因此任何开始复杂项目的程序员都必须解决这个问题。无论您的应用程序是否需要启动由其他人的软件处理的作业；监控外围设备或网络执行的操作；或者检测来自其他来源的信号，当您的软件依赖于自身代码之外的东西来知道下一步该做什么或何时执行时，您都需要考虑进程间通信 (IPC)。

Unix 操作系统很久以前就考虑到了这一点，可能是因为早期期望软件会来自不同的来源。按照同样的传统，Linux 提供了许多相同的 IPC 接口和一些新的接口。 Linux 内核具有多种 IPC 方法，并且 util-linux 软件包包含 ipcmk、ipcrm、ipcs 和 lsipc 命令，用于监控和管理 IPC 消息。

显示 IPC 信息

在尝试 IPC 之前，您应该了解您的系统上已有哪些 IPC 工具。 lsipc 命令提供该信息。

RESOURCE DESCRIPTION               LIMIT  USED  USE%
MSGMNI   Number of message queues  32000     0 0.00%
MSGMAX   Max size of message (byt.. 8192     -     -
MSGMNB   Default max size of queue 16384     -     -
SHMMNI   Shared memory segments     4096    79 1.93%
SHMALL   Shared memory pages       184[...] 25452 0.00%
SHMMAX   Max size of shared memory 18446744073692774399
SHMMIN   Min size of shared memory     1     -     -
SEMMNI   Number of semaphore ident 32000     0 0.00%
SEMMNS   Total number of semaphore 1024000.. 0 0.00%
SEMMSL   Max semaphores per semap  32000     -     -
SEMOPM   Max number of operations p  500     -     -
SEMVMX   Semaphore max value       32767     -     -

您可能会注意到，此示例列表包含三种不同类型的 IPC 机制，每种机制在 Linux 内核中都可用：消息 (MSG)、共享内存 (SHM) 和信号量 (SEM)。您可以使用 ipcs 命令查看每个子系统的当前活动

$ ipcs 

------ Message Queues Creators/Owners ---
msqid     perms     cuid      cgid  [...]

------ Shared Memory Segment Creators/Owners
shmid     perms    cuid    cgid  [...]
557056    700      seth    users [...]
3571713   700      seth    users [...]
2654210   600      seth    users [...]
2457603   700      seth    users [...]

------ Semaphore Arrays Creators/Owners ---
semid     perms     cuid      cgid  [...]

这表明当前没有消息或信号量数组，但正在使用许多共享内存段。

有一个简单的示例您可以在系统上执行，以便您可以看到其中一个系统正在工作。它涉及一些 C 代码，因此您的系统上必须有构建工具。您必须安装才能从源代码构建的软件包名称因您的发行版而异，因此请参阅您的文档以获取具体信息。例如，在基于 Debian 的发行版上，您可以了解 wiki 的 BuildingTutorial 部分的构建要求，在基于 Fedora 的发行版上，请参阅文档的从源代码安装软件部分。

创建消息队列

您的系统已经有一个默认消息队列，但您可以使用 ipcmk 命令创建自己的消息队列

$ ipcmk --queue
Message queue id: 32764

编写一个简单的 IPC 消息发送器，为了简单起见，硬编码队列 ID

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct msgbuffer {
  char text[24];
} message;

int main() { 
    int msqid = 32764;
    strcpy(message.text,"opensource.com");
    msgsnd(msqid, &message, sizeof(message), 0);
    printf("Message: %s\n",message.text);
    printf("Queue: %d\n",msqid);
    return 0; 
	}

编译应用程序并运行它

$ gcc msgsend.c -o msg.bin
$ ./msg.bin
Message: opensource.com
Queue: 32769

您刚刚向消息队列发送了一条消息。您可以使用 ipcs 命令进行验证，使用 --queue 选项将输出限制为消息队列

$ ipcs -q

------ Message Queues --------
key        msqid   owner  perms  used-bytes  messages
0x7b341ab9 0       seth   666    0          0
0x72bd8410 32764   seth   644    24         1

您还可以使用以下命令检索这些消息

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>

struct msgbuffer { 
    char text[24]; 
} message; 

int main() { 
    int msqid = 32764;
    msgrcv(msqid, &message, sizeof(message),0,0);
    printf("\nQueue: %d\n",msqid);
    printf("Got this message: %s\n", message.text);
    msgctl(msqid,IPC_RMID,NULL);
    return 0;

编译并使用以下命令运行

$ gcc get.c -o get.bin
$ ./get.bin

Queue: 32764
Got this message: opensource.com

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Linux