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
- 触发信号：根据需求（如用户按下 Ctrl+C）触发信号；
- 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；
- 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）； - 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：
| 信号名 | 取值 | 动作 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SIGHUP | 1 | Term | 控制终端挂起 |
| SIGINT | 2 | Term | 键盘中断（Ctrl+C） |
| SIGQUIT | 3 | Core | 键盘退出（Ctrl+\），并生成 core dump |
| SIGILL | 4 | Core | 非法指令 |
| SIGABRT | 6 | Core | 进程调用abort()触发 |
| SIGKILL | 9 | Term | 强制终止进程（无法捕获 / 阻塞 / 忽略） |
| SIGSEGV | 11 | Core | 段错误（非法内存访问） |
| SIGPIPE | 13 | Term | 向无读者的管道写数据 |
| SIGALRM | 14 | Term | 定时器信号（alarm()触发） |
| SIGTERM | 15 | Term | 终止信号（默认kill命令发送） |
| SIGSTOP | 19 | Stop | 暂停进程（无法捕获 / 阻塞 / 忽略） |
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：
- 申请共享内存；
- 映射共享内存（将内核中的共享内存映射到进程地址空间）；
- 读写共享内存；
- 撤销映射；
- 删除共享内存。
2. 共享内存与管道的区别
| 特性 | 共享内存 | 管道 |
|---|---|---|
| 读写权限 | 双方均可读写 | 半双工（一端读、一端写） |
| 同步机制 | 需配合信号 / 信号量等同步 | 自带同步（无数据时读阻塞） |
| 数据管理 | 不删除数据，数据保持 | 数据读取后被移除 |
| 效率 | 极高（直接访问内存） | 较低（需内核拷贝） |
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。