Linux 进程通信：信号与共享内存详解

一、信号通信

信号是 Linux 中用于异步通信、通知机制、处理随机事件的轻量级 IPC 方式，比如进程终止、异常通知等。

1. 信号的发送与接收流程

1. 触发信号：根据需求（如用户按下 Ctrl+C）触发信号；
2. 内核查找进程：Linux 接收信号请求，在 PCB（进程控制块）链表中找到目标进程的 PID；
3. 中断进程执行信号处理函数：目标进程暂停当前工作，执行 PCB 中注册的信号处理函数（如handle2）；
4. 恢复原进程执行：信号处理函数执行完毕后，原进程继续运行。

2. 常见信号及默认行为

Linux 系统定义了多个信号，每个信号有其默认处理动作（可通过man 7 signal查看）。常见信号及默认行为如下：

3. 信号相关函数

（1）发送信号：kill

向指定进程发送信号：

c

运行

#include <signal.h> #include <sys/types.h> // 向pid对应的进程发送sig信号 int kill(pid_t pid, int sig);

• 参数：
  • pid：目标进程 PID；
  • sig：要发送的信号编号（如SIGKILL对应 9）；
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。

（2）捕获 / 自定义信号处理：signal

注册信号处理函数，自定义信号的行为：

c

运行

#include <signal.h> // 注册信号处理函数 void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

• 参数：
  • signum：要捕获的信号编号；
  • handler：处理函数（可选值：
    • SIG_DFL：默认处理；
    • SIG_IGN：忽略信号；
    • 自定义函数：如void my_handler(int sig)）；
• 返回值：成功返回原处理函数指针，失败返回SIG_ERR。

二、共享内存

共享内存是 System V 提供的一种高效的进程间通信方式，通过让多个进程直接访问同一块物理内存实现数据共享（无需拷贝，速度快）。

1. 共享内存的使用步骤

共享内存的生命周期分为 5 步：

1. 申请共享内存；
2. 映射共享内存（将内核中的共享内存映射到进程地址空间）；
3. 读写共享内存；
4. 撤销映射；
5. 删除共享内存。

2. 共享内存与管道的区别

3. 共享内存相关函数

（1）创建 / 获取共享内存：shmget

c

运行

#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> // 创建或获取共享内存 int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

• 参数：
  • key：共享内存的键值（可通过ftok生成）；
  • size：共享内存大小（字节）；
  • shmflg：标志位（如IPC_CREAT|0666表示创建并设置权限）；
• 返回值：成功返回共享内存 ID，失败返回 - 1。

（2）生成键值：ftok

为共享内存生成唯一键值：

c

运行

#include <sys/ipc.h> key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

• 参数：
  • pathname：已存在的文件路径；
  • proj_id：整形数字（通常用 ASCII 字符）；
• 返回值：成功返回键值，失败返回 - 1。

（3）映射共享内存：shmat

将共享内存映射到进程地址空间：

c

运行

#include <sys/shm.h> void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

• 参数：
  • shmid：共享内存 ID；
  • shmaddr：映射地址（NULL 表示由系统分配）；
  • shmflg：标志位（如 0 表示可读可写）；
• 返回值：成功返回映射后的地址，失败返回(void*)-1。

（4）撤销映射：shmdt

将共享内存从进程地址空间撤销：

c

运行

#include <sys/shm.h> int shmdt(const void *shmaddr);

• 参数：shmaddr：shmat返回的映射地址；
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。

（5）控制共享内存：shmctl

删除共享内存或获取 / 设置其属性：

c

运行

#include <sys/shm.h> int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

• 参数：
  • shmid：共享内存 ID；
  • cmd：操作命令（如IPC_RMID表示删除共享内存）；
  • buf：共享内存属性结构体（可传 NULL）；
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。

4. 共享内存相关命令

• 查看共享内存：ipcs -m；
• 删除共享内存：ipcrm -m 共享内存ID。

总结

• 信号：适合异步通知、简单事件处理，缺点是无法传递复杂数据；
• 共享内存：适合大量数据的高效共享，需配合同步机制（如信号、信号量）使用。