c++++多進程編程需借助系統(tǒng)接口實現(xiàn)。1.使用fork()創(chuàng)建子進程，通過getpid()獲取pid并用wait()防止僵尸進程；2.進程間通信（ipc）包括管道、消息隊列、共享內存配信號量等方法；3.共享內存需調用shmget/shmat映射和控制內存，并配合sem_open/sem_wait進行同步；4.避免死鎖應遵循資源有序請求、預分配或超時機制，競爭條件可通過互斥鎖、信號量解決；5.處理信號需用sigaction注冊響應函數(shù)，kill發(fā)送信號，注意屏蔽及不可捕獲信號特性。
c++本身并不直接支持多進程，需要借助操作系統(tǒng)提供的接口來實現(xiàn)。通常使用 fork() 創(chuàng)建子進程，并通過進程間通信（IPC）機制進行數(shù)據(jù)交換。
C++多進程編程，說白了就是利用操作系統(tǒng)提供的能力，讓你的程序可以同時在多個“分身”里跑。這事兒聽起來簡單，但實際操作起來，坑還真不少。
如何在C++中創(chuàng)建和管理多個進程？
最常用的方法是 fork()。fork() 會創(chuàng)建一個當前進程的幾乎完全相同的副本，包括代碼、數(shù)據(jù)、打開的文件等等。注意，fork() 調用會返回兩次：一次在父進程中，返回子進程的進程ID；一次在子進程中，返回 0。這就是區(qū)分父子進程的關鍵。
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#include <iostream> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> int main() { pid_t pid = fork(); if (pid == 0) { // 子進程 std::cout << "子進程 (PID: " << getpid() << ") 正在運行" << std::endl; // 執(zhí)行子進程的任務 return 0; } else if (pid > 0) { // 父進程 std::cout << "父進程 (PID: " << getpid() << ") 創(chuàng)建了子進程 (PID: " << pid << ")" << std::endl; wait(nullptr); // 等待子進程結束 std::cout << "子進程已結束" << std::endl; } else { // fork 失敗 std::cerr << "fork() 失敗" << std::endl; return 1; } return 0; }
這段代碼創(chuàng)建了一個簡單的父子進程關系。父進程 wait(nullptr) 會等待子進程結束，防止出現(xiàn)僵尸進程。getpid() 函數(shù)獲取當前進程的進程ID。unistd.h 和 sys/wait.h 是必要的頭文件。wait(nullptr) 的使用是為了防止產(chǎn)生僵尸進程，這是多進程編程中需要特別注意的點。
進程間通信（IPC）有哪些常見方法？
進程間通信（IPC）是多進程編程的核心，因為不同的進程有各自獨立的內存空間，不能直接訪問彼此的數(shù)據(jù)。常見的 IPC 方法包括：
- 管道 (Pipes): 單向數(shù)據(jù)流，通常用于父子進程之間。
- 命名管道 (Named Pipes/FIFOs): 允許無親緣關系的進程通信。
- 消息隊列 (Message Queues): 允許進程以消息的形式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
- 共享內存 (Shared Memory): 多個進程可以訪問同一塊物理內存，速度最快，但需要同步機制。
- 信號量 (Semaphores): 用于進程間的同步和互斥。
- 套接字 (Sockets): 用于不同機器上的進程通信。
選擇哪種 IPC 方法取決于你的具體需求。例如，如果只需要父子進程之間簡單的數(shù)據(jù)傳遞，管道可能就足夠了。如果需要多個進程頻繁地共享數(shù)據(jù)，共享內存可能是更好的選擇，但需要小心處理同步問題。
如何使用共享內存進行進程間通信？
共享內存允許不同的進程訪問同一塊物理內存，從而實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)交換。但是，由于多個進程同時訪問共享內存，需要使用同步機制（如信號量）來避免競爭條件。
#include <iostream> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <semaphore.h> #include <fcntl.h> // For O_CREAT and O_EXCL #include <unistd.h> const int SHM_SIZE = 1024; const char* SEM_NAME = "/my_semaphore"; int main() { // 1. 獲取共享內存 key_t key = ftok("shmfile", 65); // 創(chuàng)建一個key int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, 0666 | IPC_CREAT); if (shmid == -1) { perror("shmget"); return 1; } // 2. 映射共享內存到進程地址空間 char* shm = (char*)shmat(shmid, nullptr, 0); if (shm == (char*) -1) { perror("shmat"); return 1; } // 3. 創(chuàng)建或打開信號量 sem_t* sem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT | O_EXCL, 0666, 1); // 初始化為1 if (sem == SEM_FAILED) { if (errno == EEXIST) { sem = sem_open(SEM_NAME, 0); // 如果信號量已存在，則打開 } else { perror("sem_open"); shmdt(shm); shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr); return 1; } } pid_t pid = fork(); if (pid == 0) { // 子進程 sem_wait(sem); // 獲取信號量，進入臨界區(qū) std::cout << "子進程讀取到的數(shù)據(jù): " << shm << std::endl; sem_post(sem); // 釋放信號量，退出臨界區(qū) shmdt(shm); sem_close(sem); return 0; } else if (pid > 0) { // 父進程 sem_wait(sem); // 獲取信號量，進入臨界區(qū) sprintf(shm, "Hello from parent process!"); sem_post(sem); // 釋放信號量，退出臨界區(qū) wait(nullptr); shmdt(shm); shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr); // 刪除共享內存 sem_close(sem); sem_unlink(SEM_NAME); // 刪除信號量 } else { perror("fork"); shmdt(shm); shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr); sem_close(sem); sem_unlink(SEM_NAME); return 1; } return 0; }
這個例子展示了如何使用共享內存和信號量進行進程間通信。shmget() 用于獲取共享內存，shmat() 用于將共享內存映射到進程的地址空間，shmdt() 用于解除映射，shmctl() 用于控制共享內存（例如，刪除）。sem_open() 用于創(chuàng)建或打開信號量，sem_wait() 用于獲取信號量，sem_post() 用于釋放信號量，sem_close() 用于關閉信號量，sem_unlink() 用于刪除信號量。
注意：信號量使用命名信號量，需要在程序結束時使用 sem_unlink() 刪除，否則下次運行程序可能會出錯。共享內存也需要在程序結束時使用 shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr) 刪除，否則會一直存在于系統(tǒng)中。
多進程編程中如何避免死鎖和競爭條件？
死鎖和競爭條件是多進程編程中常見的并發(fā)問題。
- 死鎖: 兩個或多個進程互相等待對方釋放資源，導致所有進程都無法繼續(xù)執(zhí)行。
- 競爭條件: 多個進程同時訪問共享資源，導致結果的不確定性。
避免死鎖的常見方法包括：
- 避免循環(huán)等待: 確保進程按照固定的順序請求資源。
- 資源預分配: 在進程開始執(zhí)行之前，分配所有需要的資源。
- 超時機制: 如果進程等待資源的時間超過一定限制，則放棄等待。
避免競爭條件的常見方法包括：
- 互斥鎖 (Mutexes): 確保同一時間只有一個進程可以訪問共享資源。
- 信號量 (Semaphores): 控制對共享資源的訪問數(shù)量。
- 原子操作 (Atomic Operations): 確保操作的原子性，不可中斷。
選擇合適的同步機制，并仔細設計程序的邏輯，是避免死鎖和競爭條件的關鍵。
如何處理多進程中的信號？
信號是操作系統(tǒng)向進程發(fā)送的通知，用于處理各種事件，例如用戶中斷 (Ctrl+C)、定時器到期、進程終止等等。在多進程編程中，需要特別注意信號的處理，因為信號可能會被發(fā)送到錯誤的進程，或者導致程序的意外行為。
通常，父進程需要設置信號處理函數(shù)，并使用 sigaction() 函數(shù)來注冊信號處理程序。子進程會繼承父進程的信號處理設置，但也可能需要根據(jù)自己的需要進行修改。
#include <iostream> #include <signal.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> void signal_handler(int signum) { std::cout << "接收到信號: " << signum << std::endl; // 處理信號 } int main() { struct sigaction sa; sa.sa_handler = signal_handler; sigemptyset(&sa.sa_mask); sa.sa_flags = 0; sigaction(SIGINT, &sa, nullptr); // 注冊 SIGINT 信號處理程序 pid_t pid = fork(); if (pid == 0) { // 子進程 while (true) { std::cout << "子進程正在運行..." << std::endl; sleep(1); } return 0; } else if (pid > 0) { // 父進程 std::cout << "父進程正在運行..." << std::endl; sleep(5); kill(pid, SIGINT); // 向子進程發(fā)送 SIGINT 信號 wait(nullptr); std::cout << "子進程已結束" << std::endl; } else { perror("fork"); return 1; } return 0; }
在這個例子中，父進程注冊了 SIGINT 信號的處理程序，并在 5 秒后向子進程發(fā)送 SIGINT 信號。子進程接收到信號后，會執(zhí)行 signal_handler() 函數(shù)。kill() 函數(shù)用于向指定的進程發(fā)送信號。
需要注意的是，某些信號（例如 SIGKILL）不能被捕獲或忽略。此外，在多線程程序中，信號的處理更加復雜，需要使用 pthread_sigmask() 函數(shù)來控制線程的信號屏蔽。
總而言之，C++ 多進程編程需要深入理解操作系統(tǒng)的相關概念，并小心處理并發(fā)問題。希望這些例子能幫你更好地理解 C++ 多進程編程。
