进程间通信详解：管道、命名管道与消息队列

进程间通信是操作系统中一个关键的概念，它允许在多个运行中的进程之间交换数据或协调执行。本文档探讨了几个主要的进程间通信机制，包括管道（pipe）、命名管道（mkfifo）以及消息队列（msg*）。 1. **管道（Pipe）** - `int pipe(int pipefd[2])` 函数用于创建一个无名管道，返回一个包含两个文件描述符的数组：`pipefd[0]` 为读端，`pipefd[1]` 为写端。通常，进程通过这两个描述符进行双向通信。当写端写入数据后，读端可以读取，反之亦然。 - 使用管道时，需要注意错误处理，例如检查 `errno` 的值，如果为 `-1`，则表示操作失败。 2. **命名管道（FIFO，即 FIFO）** - `int mkfifo(const char* pathname, mode_t mode)` 创建一个命名管道，`pathname` 指定了管道的路径，`mode` 定义了权限。与匿名管道不同，命名管道具有文件名，可以被多个进程访问。 - 如果创建成功，函数返回 0；否则，返回 -1。 3. **消息队列（Message Queue）** - 消息队列提供了进程间的异步通信机制，`msgrcv()` 和 `msgsnd()` 函数分别用于接收和发送消息。这些函数需要包含 `<sys/types.h>`、`<sys/ipc.h>` 和 `<sys/msg.h>` 头文件。 - `msgrcv(int msqid, void* msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg)` 接收消息，参数包括消息队列标识符、消息缓冲区指针、消息大小、类型标识和标志。接收成功返回消息长度，失败返回 -1。 - `msgsnd(int msqid, const void* msgp, size_t msgsz, int msgflg)` 发送消息，同样需要队列标识符、消息缓冲区指针、大小和标志。发送成功返回 0，失败返回 -1。 - 消息队列的消息结构定义了一个 `struct msgbuf`，包含类型字段 `mtype` 和可变长度的数据 `mtext`。 4. **定时器信号（Alarm）** - 通过 `unsigned int alarm(unsigned int seconds)` 可以设置一个定时器，在给定秒数后触发信号。`seconds` 参数指定时间间隔，触发信号后会发送 SIGALRM 信号。 - 使用 `sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)` 设置信号处理程序，`signum` 是信号类型，`handler` 是信号处理函数。常用信号如 SIGHUP、SIGINT 和 SIGALRM。 总结来说，本文档涵盖了进程间通信中的几种常见方法，如无名管道的使用、命名管道的创建，以及利用消息队列进行同步和异步通信。同时，还介绍了如何设置定时器信号来实现更加灵活的进程调度和协作。掌握这些技术对于理解分布式系统设计和并发编程至关重要。