Linux 系統程式開發備忘錄 (六)：進程間通訊 (IPC) 完整 API 速查

Linux 系統程式開發備忘錄 (六)：進程間通訊 (IPC) 完整 API 速查

Linux 提供豐富的 IPC 機制。本筆記整理管道、FIFO、訊息佇列、信號量、共享記憶體、mmap、檔案鎖、終端控制、高級 I/O 多路轉接等核心 API 簽名、參數說明、返回值與常見用法，適合系統程式開發者隨時查閱。

管道

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);           // fd[0]讀, fd[1]寫，單向、容量有限
FILE *popen(const char *cmd, const char *mode); // 建立子進程執行 shell 命令並建管道
int pclose(FILE *stream);      // 關閉 popen 管道，返回子進程狀態
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *path, mode_t mode); // 建立命名管道 (FIFO)，供無親緣進程通訊

System V IPC (需 ftok 產生 key)

#include <sys/ipc.h>
key_t ftok(const char *path, int proj); // 產生唯一 IPC key

// 訊息佇列
#include <sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int flag);           // 取得/建立佇列 ID
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t len, int flag); // 發送
ssize_t msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t max, long type, int flag); // 接收
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf); // 控制

// 信號量
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int flag); // 取得信號量集 ID
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...); // 設定/查詢
int semop(int semid, struct sembuf *ops, unsigned n); // 原子操作 (P/V)

// 共享記憶體
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int flag); // 取得共享記憶體 ID
void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag); // 映射到位址空間
int shmdt(const void *addr);                   // 解除映射
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); // 控制

POSIX 共享記憶體 (mmap 族)

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t off); // 建立映射
int munmap(void *addr, size_t len); // 解除映射
#include <fcntl.h>
int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode); // 開啟/建立共享記憶體物件
int shm_unlink(const char *name); // 移除物件

檔案鎖

#include <sys/file.h>
int flock(int fd, int op); // LOCK_SH(共享), LOCK_EX(獨佔), LOCK_UN(解鎖), LOCK_NB(非阻塞)

終端控制

#include <termios.h>
int tcgetattr(int fd, struct termios *t); // 取得屬性
int tcsetattr(int fd, int act, const struct termios *t); // 設定屬性
speed_t cfgetispeed/ospeed(const struct termios *t); // 取得波特率
int cfsetispeed/ospeed(struct termios *t, speed_t s); // 設定波特率
int tcsendbreak, tcdrain, tcflush, tcflow; // 行控制
int isatty(int fd); // 判斷是否終端
char *ttyname(int fd); // 取得終端名稱
// 偽終端
int posix_openpt(int flags);
int grantpt, unlockpt; char *ptsname(int fd);

高級 I/O 多路轉接

// select
#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *rfds, fd_set *wfds, fd_set *efds, struct timeval *tv);
FD_ZERO/SET/CLR/ISSET(fd, &set); // 描述符集合操作

// poll
#include <poll.h>
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout);
// fds[i]: {fd, events, revents} 更簡潔，無 FD_SETSIZE 限制

// 缺點：每次調用需遍歷全集合、重複複製用戶/核心態、返回後仍需輪詢就緒 fd
// 現代替代：epoll (Linux)、kqueue (BSD)、IOCP (Windows)

掌握 IPC 全景，能根據效能、可移植性、程式複雜度選擇最適合的進程通訊方式。