Linux系统编程——IPC进程间通信：信号通信与共享内存
目录
一、信号通信
1.信号的核心作用
2.信号的发送和接收流程
3.常用信号的默认行为
4.信号相关函数
4.1 发送信号
4.2 捕获信号
二、共享内存
1.共享内存的核心流程
2.共享内存与管道对比
3.共享内存相关函数
3.1 生成唯一键值：ftok ()
3.2 申请共享内存：shmget ()
3.3 映射共享内存到本地：shmat ()
3.4 共享内存的读写操作：memcpy () / strcpy ()
3.5 撤销共享内存映射：shmdt ()
3.6 删除共享内存 / 修改属性：shmctl ()
4.常用命令
三、总结
一、信号通信
1.信号的核心作用
- 异步通信：不用等对方 “回应”，直接发信号通知
- 通知机制：处理随机事件（比如程序崩溃、用户中断）
2.信号的发送和接收流程
以 “给 PID=1000 的进程发信号 2（SIGINT）” 为例：
- 触发信号：比如终端执行 kill -2 1000
- 系统查找进程：Linux 在 PCB（进程控制块）链表中找到 PID=1000 的进程
- 中断原流程：暂停进程当前代码，执行 PCB 中信号 2 对应的处理函数（比如 handle2）
- 恢复运行：handle2 执行完，进程回到原代码继续运行
Ubuntu 系统中所支持的全部个信号如下：
3.常用信号的默认行为
通过 “man 7 signal” 指令查看：
- Term：终止进程（比如 SIGINT 信号 2、SIGTERM 信号 15）
- Core：终止进程并生成核心转储文件（比如 SIGSEGV 信号 11，内存越界）
- Ign：忽略信号（比如 SIGCHLD 信号17，子进程退出通知）
- Stop/Cont：暂停 / 恢复进程（比如 SIGSTOP 信号 19）
注意：SIGKILL（信号 9）和SIGSTOP（信号 19）无法被捕获、阻塞或忽略，是强制终止 / 暂停进程的 “终极手段”。
4.信号相关函数
4.1 发送信号
// 函数原型 int kill(pid_t pid, int sig);- 功能：通过该函数可以给 pid 进程发送信号为 sig 的系统信号。
- 参数说明：
- pid：目标进程 / 进程组的 ID，有 4 种取值方式：
- pid > 0：发送信号给 PID 为 pid 的单个进程（最常用）；
- pid = 0：发送信号给当前进程所在进程组的所有进程；
- pid < -1：发送信号给进程组 ID 为 |pid| 的所有进程；
- pid = -1：发送信号给当前进程有权限发送的所有进程（除 init 进程）。
- sig：要发送的信号编号（如 2 代表 SIGINT、9 代表 SIGKILL），若 sig = 0 则不发送信号，仅检查目标进程是否存在。
- pid：目标进程 / 进程组的 ID，有 4 种取值方式：
- 返回值：成功返回 0；失败返回 - 1（并设置 errno，如 ESRCH 表示目标进程不存在，EPERM 表示无权限发送信号）。
4.2 捕获信号
// 函数原型 void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int); // 简化理解： typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);- 参数说明：
- signum：要设置处理方式的信号编号（如 2、9、15）；
- handler：信号处理函数 / 处理方式，有 3 种取值：
- 自定义函数指针：如 void handle_sigint(int sig)，信号触发时执行该函数；
- SIG_DFL：使用系统默认处理方式（如 SIGINT 默认终止进程）；
- SIG_IGN：忽略该信号（如忽略 SIGCHLD，不处理子进程退出通知）。
- 返回值：成功返回该信号之前的处理方式（函数指针）；失败返回 SIG_ERR（并设置 errno）。
- 注意：SIGKILL(9) 和 SIGSTOP(19) 无法通过 signal () 修改处理方式。
二、共享内存
1.共享内存的核心流程
步骤：生成键值 → 申请共享内存 → 映射到本地 → 读写数据 → 撤销映射 → 删除共享内存
2.共享内存与管道对比
| 特性 | 共享内存 | 管道 |
|---|---|---|
| 读写权限 | 双方都可读写 | 半双工（默认单向） |
| 阻塞机制 | 无读 / 写阻塞（需配合信号 / 信号量同步） | 读空 / 写满会阻塞 |
| 数据存储 | 不删除则一直保留 | 数据读取后会被移除 |
| 本质 | 内核内存区域（像字符数组） | 内核缓冲区 |
3.共享内存相关函数
3.1 生成唯一键值：ftok ()
// 函数原型 key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);- 功能：通过 pathname 指定的路径，结合 proj_id 生成唯一的临时键值，用于后续申请共享内存。
- 参数：
- pathname：任意文件的路径 + 名称，只要该文件不会被删除重建即可；
- proj_id：整型数字，一般用 ASCII 码的单字符表示，与 pathname 运算生成唯一键值。
- 返回值：成功返回唯一键值；失败返回 - 1。
3.2 申请共享内存：shmget ()
// 函数原型 int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);- 功能：使用唯一键值 key 向内核提出共享内存使用申请。
- 参数：
- key：ftok () 生成的唯一键值；
- size：要申请的共享内存大小；
- shmflg：申请的共享内存访问权限（八进制表示），搭配宏使用：
- IPC_CREAT：若共享内存不存在则创建（第一个申请时使用）；
- IPC_EXCL：检测共享内存是否存在，需与 IPC_CREAT 配合使用。
- 返回值：成功返回共享内存 ID（一般用 shmid 表示）；失败返回 - 1。
3.3 映射共享内存到本地：shmat ()
// 函数原型 void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);- 功能：将指定 shmid 对应的共享内存映射到本地内存，让进程能直接访问。
- 参数：
- shmid：要映射的共享内存 ID；
- shmaddr：本地可用的地址，不确定则设为 NULL（由系统自动分配）；
- shmflg：
- 0：表示对共享内存有读写权限；
- SHM_RDONLY：表示仅只读权限。
- 返回值：成功返回映射的地址（一般等于 shmaddr）；失败返回 (void*)-1。
3.4 共享内存的读写操作：memcpy () / strcpy ()
映射完成后，可通过常规内存操作函数读写共享内存：
- memcpy()：用于二进制对象的读写；
- strcpy()：用于字符串对象的读写。
3.5 撤销共享内存映射：shmdt ()
// 函数原型 int shmdt(const void *shmaddr);- 功能：将本地内存与共享内存断开映射关系。
- 参数：shmaddr：shmat () 返回的映射地址。
3.6 删除共享内存 / 修改属性：shmctl ()
// 函数原型 int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);- 功能：修改共享内存属性，或删除指定的共享内存对象。
- 参数：
- shmid：要操作的共享内存 ID；
- cmd：操作指令，设为 IPC_RMID 表示删除共享内存对象；
- buf：设为 NULL 表示仅执行删除操作（无需获取 / 修改共享内存属性）。
- 返回值：成功返回 0；失败返回 - 1。
4.常用命令
- 查看 IPC 资源：ipcs -a（能看共享内存、信号量、消息队列）
- 删除共享内存：ipcrm -m shmid（通过 shmid 删除指定共享内存）
三、总结
- 信号核心函数：kill()（发信号）、signal()（处理信号），且 SIGKILL / SIGSTOP 无法被捕获 / 忽略；
- 共享内存核心流程是 “生成键值→申请→映射→读写→撤销映射→删除”，核心函数为 ftok()、shmget()、shmat()、shmdt()、shmctl()；
- 共享内存无天然阻塞 / 同步机制，需配合信号 / 信号量保证数据读写安全。通过 shmid 删除指定共享内存）