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揭秘父子进程并发执行：轻松掌握Linux下的多进程同步与通信技巧

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在Linux操作系统中，多进程并发执行是一种非常常见的编程模式，它可以帮助我们充分利用多核CPU的资源，提高程序的执行效率。特别是在父子进程的交互中，如何实现同步与通信是一个关键问题。本文将深入浅出地介绍Linux下的父子进程并发执行，以及如何使用多进程同步与通信技巧。

父子进程的概念

在Linux系统中，进程是通过克隆（clone）系统调用来创建的。当父进程调用clone时，会创建一个与它几乎相同的子进程。父子进程共享相同的内存空间、文件描述符等资源，但它们拥有独立的执行路径。

创建父子进程

要创建一个父子进程，我们可以使用fork()系统调用。以下是使用C语言创建父子进程的示例代码：

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

int main() {
    pid_t pid = fork(); // 创建父子进程

    if (pid < 0) {
        // 创建进程失败
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("This is child process.\n");
    } else {
        // 父进程
        printf("This is parent process, PID: %d\n", pid);
    }

    return 0;
}

父子进程同步

在父子进程并发执行过程中，我们需要确保子进程在执行某些关键操作之前，父进程已经完成了相应的准备工作。这就需要实现父子进程的同步。

使用信号量实现同步

信号量是一种常用的同步机制，可以用来保证多个进程对共享资源的访问顺序。在Linux系统中，可以使用sem_wait()和sem_post()函数来实现信号量的操作。

以下是一个使用信号量实现父子进程同步的示例：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>

int main() {
    sem_t sem;

    // 初始化信号量
    sem_init(&sem, 0, 1);

    pid_t pid = fork();

    if (pid < 0) {
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        sem_wait(&sem); // 等待信号量
        printf("This is child process.\n");
        sem_post(&sem); // 释放信号量
    } else {
        // 父进程
        sem_wait(&sem); // 等待信号量
        printf("This is parent process, PID: %d\n", pid);
        sem_post(&sem); // 释放信号量
    }

    // 销毁信号量
    sem_destroy(&sem);

    return 0;
}

父子进程通信

父子进程之间的通信可以通过多种方式进行，例如管道（pipe）、共享内存（shared memory）和消息队列（message queue）等。

使用管道实现通信

管道是一种简单高效的进程间通信方式。以下是使用管道实现父子进程通信的示例：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pipefd[2];
    char buffer[100];

    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe failed");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();

    if (pid < 0) {
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        write(pipefd[1], "Hello, parent!\n", 18); // 向父进程发送消息
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
    } else {
        // 父进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer)); // 从子进程读取消息
        printf("Message from child: %s", buffer);
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
    }

    return 0;
}

通过以上介绍，相信你已经对Linux下的父子进程并发执行、同步与通信技巧有了深入的了解。在实际编程过程中，我们可以根据具体需求选择合适的同步与通信方式，充分利用多进程的优势，提高程序的执行效率。

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