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掌握多进程通讯，轻松实现高效协同工作

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在计算机科学中，多进程通讯（Inter-Process Communication，IPC）是指不同进程之间进行信息交换和共享的方法。随着现代计算机技术的发展，多进程应用变得越来越普遍，尤其是在需要处理大量数据或进行复杂计算的任务中。掌握多进程通讯，可以让你轻松实现高效协同工作。本文将详细介绍多进程通讯的几种常用方法，并给出相应的示例代码。

1. 信号量（Semaphores）

信号量是一种用于多进程同步的机制，它可以确保多个进程按照特定的顺序访问共享资源。信号量分为两种类型：二进制信号量和计数信号量。

1.1 二进制信号量

二进制信号量通常用于实现互斥锁，确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源。以下是一个使用二进制信号量的示例：

#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

sem_t sem;

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&sem); // 获取信号量
    printf("进程 %ld 正在访问共享资源\n", (long)arg);
    sleep(1); // 模拟访问共享资源
    sem_post(&sem); // 释放信号量
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    sem_init(&sem, 0, 1); // 初始化信号量

    pthread_create(&t1, NULL, thread_func, (void*)1);
    pthread_create(&t2, NULL, thread_func, (void*)2);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    sem_destroy(&sem); // 销毁信号量
    return 0;
}

1.2 计数信号量

计数信号量用于控制对共享资源的访问次数。以下是一个使用计数信号量的示例：

#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

sem_t sem;

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&sem); // 获取信号量
    printf("进程 %ld 正在访问共享资源\n", (long)arg);
    sleep(1); // 模拟访问共享资源
    sem_post(&sem); // 释放信号量
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2, t3;
    sem_init(&sem, 0, 3); // 初始化信号量，最大访问次数为3

    pthread_create(&t1, NULL, thread_func, (void*)1);
    pthread_create(&t2, NULL, thread_func, (void*)2);
    pthread_create(&t3, NULL, thread_func, (void*)3);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_join(t3, NULL);

    sem_destroy(&sem); // 销毁信号量
    return 0;
}

2. 管道（Pipes）

管道是一种用于进程间通信的线性数据流。它可以实现进程间的单向通信。以下是一个使用管道的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t cpid;

    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    cpid = fork();
    if (cpid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (cpid == 0) { // 子进程
        close(pipefd[1]); // 关闭管道的写端
        dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO); // 将管道的读端复制到标准输入
        execlp("grep", "grep", "grep", NULL);
        perror("execlp");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else { // 父进程
        close(pipefd[0]); // 关闭管道的读端
        write(pipefd[1], "hello world\n", 13); // 向管道写入数据
        close(pipefd[1]); // 关闭管道的写端
        wait(NULL); // 等待子进程结束
    }

    return 0;
}

3. 消息队列（Message Queues）

消息队列是一种用于进程间通信的数据结构，它可以存储多个消息。以下是一个使用消息队列的示例：

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

#define MSGSZ 256

struct msgbuf {
    long msgtype;
    char msgtext[MSGSZ];
};

int main() {
    key_t key;
    int msgid;
    struct msgbuf msg;

    key = ftok("msgque", 65);
    msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);

    msg.msgtype = 1;
    snprintf(msg.msgtext, MSGSZ, "Hello, world!");

    msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.msgtext), 0);

    msg.msgtype = 2;
    snprintf(msg.msgtext, MSGSZ, "Goodbye, world!");

    msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.msgtext), 0);

    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

4. 共享内存（Shared Memory）

共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程访问同一块内存区域。以下是一个使用共享内存的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>

#define SHM_SIZE 1024

int main() {
    key_t key;
    int shmid;
    char *shm, *s;

    key = ftok("sh姆", 65);
    shmid = shmget(key, SHM_SIZE, 0666 | IPC_CREAT);

    shm = shmat(shmid, (void*)0, 0);
    s = shm;

    strcpy(s, "Hello, world!");

    printf("Shared memory data: %s\n", s);

    shmdt(shm);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

通过以上几种多进程通讯方法，你可以轻松实现高效协同工作。在实际应用中，根据具体需求和场景选择合适的通讯方式，可以大大提高程序的运行效率和可靠性。

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