Linux进程间通信：实现协作与数据交换的多种方式

一、管道（Pipe）：
管道是Linux中最简单的进程间通信机制，主要用于在具有亲缘关系的进程间传递数据。它是单向的，可以分为无名管道和有名管道。

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
   
    int fd[2];
    char buf[256];
    pipe(fd);

    if (fork() == 0) {
    // 子进程
        close(fd[0]); // 关闭读端
        write(fd[1], "Hello from child!", 17);
    } else {
    // 父进程
        close(fd[1]); // 关闭写端
        read(fd[0], buf, sizeof(buf));
        printf("Parent received: %s\n", buf);
    }

    return 0;
}

二、消息队列（Message Queue）：
消息队列是一种进程间通信方式，用于在无关联进程之间传递消息。消息队列是有名字的，允许进程通过消息队列进行异步通信。

代码示例：

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

struct msgbuf {
   
    long mtype;
    char mtext[256];
};

int main() {
   
    int msqid;
    struct msgbuf message;
    key_t key = ftok(".", 'm');
    msqid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);

    if (fork() == 0) {
    // 子进程
        message.mtype = 1;
        sprintf(message.mtext, "Hello from child!");
        msgsnd(msqid, &message, sizeof(message.mtext), 0);
    } else {
    // 父进程
        msgrcv(msqid, &message, sizeof(message.mtext), 1, 0);
        printf("Parent received: %s\n", message.mtext);
    }

    return 0;
}

三、共享内存（Shared Memory）：
共享内存是一种高效的IPC方式，允许多个进程共享同一段物理内存。但需要注意同步访问共享内存的问题。

代码示例：

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

int main() {
   
    int shmid;
    char *shmaddr;
    key_t key = ftok(".", 's');
    shmid = shmget(key, 256, IPC_CREAT | 0666);
    shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);

    if (fork() == 0) {
    // 子进程
        sprintf(shmaddr, "Hello from child!");
    } else {
    // 父进程
        wait(NULL); // 等待子进程写入数据
        printf("Parent received: %s\n", shmaddr);
    }

    return 0;
}

四、套接字（Socket）：
套接字是一种通用的IPC方式，可以用于本地进程间通信，也可以用于不同主机之间的网络通信。

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
   
    int sockfd, newsockfd, portno;
    char buffer[256];
    struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
    socklen_t clilen;

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    portno = 12345;

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(portno);
    bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    listen(sockfd, 5);

    if (fork() == 0) {
    // 子进程
        newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
        write(newsockfd, "Hello from child!", 17);
    } else {
    // 父进程
        wait(NULL); // 等待子进程写入数据
        read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
        printf("Parent received: %s\n", buffer);
    }

    return 0;
}

结论：
Linux提供了多种进程间通信方式，每种方式都适用于不同的场景。管道适合父子进程之间简单数据传递，消息队列适用于无关联进程的异步通信，共享内存是高效的大数据交换方式，套接字提供通用的跨网络或本地进程间通信能力。

在实际应用中，开发者需要根据具体场景选择合适的IPC方式，并注意处理好进程间的同步与数据安全问题。正确选择IPC机制可以提高系统性能和开发效率，使进程间的通信更加稳定可靠。