多进程的创建和销毁及进程间通信
一、概述
多进程是指在一个程序中同时运行多个进程，每个进程都可以独立执行不同的任务。多进程可以提高程序的并发性和响应性，使得程序能够更加高效地利用计算机的资源。在C语言中，可以使用fork函数来创建新的进程。
二、进程的创建和销毁
在使用fork函数创建进程时，需要包含头文件unistd.h。进程的创建和销毁可以使用以下函数：
pid_t fork(void);
int wait(int *status);
int waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
int exit(int status);
示例代码
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t pid;
int status;
pid = fork();
if (pid == 0) {
printf("Child process\n");
// 子进程执行的代码
exit(0);
} else if (pid > 0) {
printf("Parent process\n");
// 父进程执行的代码
wait(&status);
} else {
printf("Failed to create child process\n");
}
return 0;
}
在上面的示例代码中，使用fork函数创建了一个新的进程。如果fork函数返回值为0，则表示当前进程为子进程，执行子进程的代码并使用exit函数结束进程；如果fork函数返回值大于0，则表示当前进程为子进程，执行子进程的代码并使用exit函数结束进程；如果fork函数返回值大于0，则表示当前进程为父进程，执行父进程的代码并使用wait函数等待子进程结束。如果fork函数返回值小于0，则表示创建进程失败。
三、进程间通信
在多进程编程中，不同的进程之间需要进行通信，以实现数据共享和协作等功能。在C语言中，可以使用管道（pipe）、共享内存（shared memory）、消息队列（message queue）等机制来实现进程间通信。
1、管道
管道是一种半双工的通信机制，用于在两个进程之间传递数据。在C语言中，可以使用pipe函数创建管道，使用read和write函数读写管道中的数据。以下是一个使用管道实现进程间通信的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
int fd[2];
pid_t pid;
char buf[1024];
if (pipe(fd) < 0) {
printf("Failed to create pipe\n");
return -1;
}
pid = fork();
if (pid == 0) {
close(fd[1]);
read(fd[0], buf, sizeof(buf));
printf("Child process received: %s\n", buf);
close(fd[0]);
} else if (pid > 0) {
close(fd[0]);
strcpy(buf, "Hello, child process!");
write(fd[1], buf, strlen(buf));
close(fd[1]);
} else {
printf("Failed to create child process\n");
return -1;
}
return 0;
}
在上面的示例代码中，使用pipe函数创建了一个管道。在父进程中，使用write函数向管道中写入数据；在子进程中，使用read函数从管道中读取数据。需要注意的是，在使用管道时，需要先关闭不需要的文件描述符，以避免出现死锁等问题。
2、共享内存
共享内存是一种进程间通信的机制，用于在多个进程之间共享同一块内存区域。在C语言中，可以使用shmget函数创建共享内存，使用shmat函数将共享内存映射到进程的地址空间中，使用shmdt函数将共享内存从进程的地址空间中分离，使用shmctl函数控制共享内存的状态。以下是一个使用共享内存实现进程间通信的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
#define SHM_SIZE 1024
int main()
{
int shmid;
char *shmaddr;
pid_t pid;
shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
if (shmid < 0) {
printf("Failed to create shared memory\n");
return -1;
}
pid = fork();
if (pid == 0) {
shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
printf("Child process received: %s\n", shmaddr);
shmdt(shmaddr);
} else if (pid > 0) {
shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
strcpy(shmaddr, "Hello, child process!");
shmdt(shmaddr);
} else {
printf("Failed to create child process\n");
return -1;
}
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
return 0;
}
在上面的示例代码中，使用shmget函数创建了一个共享内存对象。在父进程中，使用shmat函数将共享内存映射到进程的地址空间中，并使用strcpy函数向共享内存中写入数据；在子进程中，使用shmat函数将共享内存映射到进程的地址空间中，并使用printf函数从共享内存中读取数据。需要注意的是，在使用共享内存时，需要使用IPC_PRIVATE作为key参数，以避免不同进程之间的冲突。
