C语言进程间通信入门指南（详解IPC机制：管道与共享内存）

什么是进程间通信（IPC）？

进程是操作系统分配资源的基本单位。每个进程拥有独立的地址空间，这意味着一个进程不能直接访问另一个进程的变量或内存。为了实现数据交换，操作系统提供了多种 IPC机制，常见的包括：

• 管道（Pipe）
• 命名管道（FIFO）
• 共享内存（Shared Memory）
• 消息队列（Message Queue）
• 信号量（Semaphore）
• 套接字（Socket）

本文重点介绍最常用的两种：匿名管道 和 共享内存。

一、管道通信（Pipe）

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动。通常用于具有亲缘关系的进程之间（如父子进程）。在 C 语言中，我们使用 pipe() 系统调用来创建管道。

示例：父子进程通过管道通信

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <sys/wait.h>int main() {    int fd[2]; // fd[0] 用于读，fd[1] 用于写    pid_t pid;    char buffer[100];    // 创建管道    if (pipe(fd) == -1) {        perror("pipe");        return 1;    }    pid = fork();    if (pid == 0) {        // 子进程：从管道读取数据        close(fd[1]); // 关闭写端        read(fd[0], buffer, sizeof(buffer));        printf("子进程收到：%s\n", buffer);        close(fd[0]);    } else if (pid > 0) {        // 父进程：向管道写入数据        close(fd[0]); // 关闭读端        const char *msg = "Hello from parent!";        write(fd[1], msg, strlen(msg) + 1);        close(fd[1]);        wait(NULL); // 等待子进程结束    } else {        perror("fork");        return 1;    }    return 0;}

运行这段代码，你会看到子进程成功接收到来自父进程的消息。注意：使用完管道后要记得关闭不用的文件描述符，避免资源泄漏。

二、共享内存（Shared Memory）

共享内存 是最快的 IPC 方式，因为它允许多个进程直接访问同一块物理内存区域。不过，由于没有内置同步机制，通常需要配合信号量等工具来避免竞争条件。

示例：使用共享内存传递整数

#include <stdio.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#include <unistd.h>#include <string.h>int main() {    key_t key = ftok("shmfile", 65); // 生成唯一 key    int shmid = shmget(key, 1024, 0666 | IPC_CREAT); // 创建共享内存段    char *str = (char*) shmat(shmid, NULL, 0); // 将共享内存连接到当前进程    pid_t pid = fork();    if (pid == 0) {        // 子进程：读取共享内存        sleep(1); // 确保父进程先写入        printf("子进程读取：%s\n", str);        shmdt(str); // 断开连接    } else if (pid > 0) {        // 父进程：写入共享内存        strcpy(str, "Data from shared memory!");        printf("父进程写入完成。\n");        shmdt(str);        wait(NULL);        // 清理：删除共享内存        shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);    }    return 0;}

这个例子中，父进程将字符串写入共享内存，子进程稍后读取。注意使用 shmctl(..., IPC_RMID, ...) 在程序结束前清理共享内存，否则它会一直存在于系统中。

总结

通过本教程，你已经掌握了 C 语言中两种基础的 进程间通信 方法：

• 管道通信：简单、安全，适合父子进程单向通信。
• 共享内存：高效、快速，适合大数据量交换，但需自行处理同步问题。

无论是开发多进程服务器、并行计算程序，还是理解操作系统原理，掌握这些 IPC机制 都是必不可少的技能。建议你在 Linux 环境下亲手编译运行上述代码，加深理解！

提示：编译时请使用 gcc，并确保在类 Unix 系统（如 Linux 或 macOS）上运行。