无名管道、有名管道、信号、信号处理

1. 进程间通信（IPC）

进程间通信（IPC）是指在不同进程之间交换数据或信息的机制。常见的 IPC 方法包括：

1.1 管道（Pipe）

无名管道（Anonymous Pipe）：
- 只能用于具有亲缘关系的进程间通信（如父子进程）。
- 使用 pipe() 系统调用创建。
- 特点：
  - 读操作：如果管道中有数据，则直接读取；如果没有数据，会阻塞等待。
  - 写操作：如果管道中有读端且未满，则直接写入；如果管道已满，会阻塞等待。
  - 如果管道中没有读端，写入数据会导致管道破裂（SIGPIPE 信号）。
有名管道（Named Pipe/FIFO）：
- 可以用于任意两个进程之间的通信。
- 使用 mkfifo() 系统调用创建。
- 特点：
  - 必须读写两端同时打开，才能继续执行；否则会阻塞等待。

1.2 信号（Signal）

定义：
- 提供一种内核层与用户层之间的通知机制。
- 信号是一种软件中断，用于通知进程某些事件的发生。
信号类型：
- SIGINT（2）：中断信号（如 Ctrl+C）。
- SIGQUIT（3）：退出信号（如 Ctrl+\）。
- SIGSEGV（11）：段错误。
- SIGPIPE（13）：管道破裂。
- SIGALRM（14）：定时信号。
- SIGCHLD（17）：子进程结束。
- SIGSTOP（19）：停止进程。
- SIGTSTP（20）：挂起进程（如 Ctrl+Z）。
- SIGIO（29）：异步 I/O 信号。
对信号的处理方式：
1. 忽略：信号来了，不处理该信号。
2. 缺省：信号来了，按照默认的方式处理信号。
3. 捕捉：信号来了，按照指定的方式处理信号。
- 注意：SIGKILL（9）和 SIGSTOP（19）不能被忽略或捕捉。
函数接口：
```
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
```
- 功能：修改信号的处理方式。
- 参数：
  - signum：信号编号。
  - handler：信号处理方式（SIG_IGN 忽略，SIG_DFL 缺省）。
- 返回值：
  - 成功返回之前的信号处理函数。
  - 失败返回 SIG_ERR。

1.3 消息队列（Message Queue）

提供一种在进程间传递消息的机制。
消息队列允许一个或多个进程向队列中写入消息，同时允许一个或多个进程读取这些消息。

1.4 共享内存（Shared Memory）

允许多个进程共享同一块内存区域。
提供高效的进程间通信，但需要同步机制（如互斥锁）来避免数据竞争。

1.5 信号量（Semaphore）

提供一种同步机制，用于控制对共享资源的访问。
函数接口：
```
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_destroy(sem_t *sem);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
```
- sem_init：初始化信号量。
- sem_destroy：销毁信号量。
- sem_wait：申请信号量资源（资源数 - 1）。
- sem_post：释放信号量资源（资源数 + 1）。

1.6 套接字（Socket）

提供一种在不同主机上的进程之间进行通信的机制。
支持多种协议（如 TCP/IP、UDP/IP）。

2. 管道的详细说明

2.1 无名管道

创建：
```
int pipe(int pipefd[2]);
```
- 功能：创建操作管道的两个文件描述符。
- 参数：
  - pipefd[0]：读文件描述符。
  - pipefd[1]：写文件描述符。
- 返回值：
  - 成功返回 0。
  - 失败返回 -1。

2.2 有名管道

创建：
```
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
```
- 功能：创建管道文件。
- 参数：
  - pathname：管道文件名。
  - mode：权限。
- 返回值：
  - 成功返回 0。
  - 失败返回 -1。

3. 信号的详细说明

3.1 信号处理

信号列表：

使用 kill -l 命令查看所有信号。

示例：

1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP
6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1
11) SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM

信号处理方式：
- 忽略：SIG_IGN。
- 缺省：SIG_DFL。
- 捕捉：自定义处理函数。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

void handle_sigint(int sig) {
    printf("SIGINT signal received\n");
}

void handle_sigquit(int sig) {
    printf("SIGQUIT signal received\n");
}

int main() {
    signal(SIGINT, handle_sigint);  // 捕捉 SIGINT
    signal(SIGQUIT, handle_sigquit);  // 捕捉 SIGQUIT

    printf("Press Ctrl+C or Ctrl+\\ to test signals\n");
    while (1) {
        // 等待信号
    }

    return 0;
}

3.2 定时信号

alarm()：
```
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
```
- 功能：定时 seconds 秒后给当前进程发送 SIGALRM 信号。
- 参数：
  - seconds：秒数。
- 返回值：
  - 成功返回之前定时剩余的秒数。
  - 如果之前没有定时返回 0。

3.3 发送信号

kill()：
```
int kill(pid_t pid, int sig);
```
- 功能：向 pid 对应的进程发送 sig 信号。
- 参数：
  - pid：目标进程的 PID。
  - sig：信号编号。
- 返回值：
  - 成功返回 0。
  - 失败返回 -1。