进程、线程与 IPC 并发实战：不加锁的共享内存为何丢数据（srvB）

进程、线程与 IPC 并发实战：不加锁的共享内存为何丢数据（srvB）

本篇基于 srvB（phase3）真实实操。覆盖fork与僵尸进程、无名管道、命名管道 FIFO、System V 消息队列、共享内存+信号量、线程互斥锁与条件变量、阻塞/非阻塞 IO，以及select/epoll多路复用。最精彩的是竞态对比实验：同一段并发自增，无锁时结果从 200000 变成 137328。

1. 环境

Linux ecs-bee4-c6af-0002 6.8.0-106-generic x86_64 gcc 13.3.0 (pthread 用 -pthread 链接)

全部 demo 一次编译通过：

$ gcc-Wall-ofork_demo fork_demo.c&&...&&gcc-Wall-oepoll_echo epoll_echo.c&&echo编译全部通过 编译全部通过

2. fork 与僵尸进程

fork_demo演示了三件事：基本fork、stdout 缓冲区在子进程里被复制、以及僵尸进程的产生与回收。

我是子进程: pid=9888, 我的父进程 ppid=9887 ----- [3] 僵尸进程演示 ----- 子进程 9890 即将退出, 父进程暂时不回收 此时用 ps 查看子进程状态应为 Z (zombie) 父进程现在回收子进程, 僵尸消失

僵尸进程的本质：子进程退出后，内核保留其 PCB 让父进程wait回收；父进程不回收，子进程就一直以Z状态存在，占用 PID。这是面试高频题，这里直接用ps看到了Z。

3. 进程间通信三件套

无名管道（父子进程）：

子进程(pid=9958)收到: hello pipe ipc from embedded linux lab 父进程(pid=9957)发送: hello pipe ipc from embedded linux lab 父进程收到子进程处理结果: HELLO PIPE IPC FROM EMBEDDED LINUX LAB

命名管道 FIFO（无亲缘关系进程）：写端open会阻塞到读端打开，这是 FIFO 的典型语义。

写端发送: 消息1: FIFO 可以跨进程跨终端通信 写端发送: 消息2: 写端 open 会阻塞直到读端打开 读端收到: 消息1: FIFO 可以跨进程跨终端通信 读端收到: 消息2: 写端 open 会阻塞直到读端打开

System V 消息队列：支持按类型接收，发 2 条收 2 条后删除。

消息队列已创建:key=0x51016002msqid=0父进程收到(type=1): 来自子进程(pid=9968)的问候 父进程收到(type=1): 子进程第二条: 消息队列支持按类型接收 消息队列已删除

4. 重头戏：共享内存 + 信号量，竞态对比

父子进程各对共享内存计数器自增 100000 次，期望 200000。

不加任何锁：

[对比1] 不加锁直接写共享内存: 无锁竞态 : 期望 200000, 实际 137328 (发生数据丢失!)

加 System V 信号量互斥：

[对比2] 使用 System V 信号量互斥: 信号量保护: 期望 200000, 实际 200000 (正确)

为什么差 6 万多？因为counter++在汇编层是"读-改-写"三步，两个进程可能同时读到旧值、各自加一写回，一次自增就丢了。信号量把这段临界区变成原子操作，结果立即正确。这是并发编程最该刻进肌肉记忆的一课。

5. 线程：互斥锁与条件变量

线程共享地址空间，竞态更直观。两个线程各自增 1000000 次：

-----[1]互斥锁实验(2线程各自增1000000次)----- 不加锁: 期望2000000, 实际1055065(丢失更新!)加互斥锁: 期望2000000, 实际2000000(正确)

条件变量实现生产者-消费者（缓冲区容量 8，各生产/消费 15 件），可以看到缓冲区满时生产者等待、空时消费者等待：

[生产者] 放入产品 13 (当前库存 8) [生产者] 缓冲区满, 等待... [消费者] 取出产品 7 (当前库存 7) [生产者] 放入产品 15 (当前库存 8) ... 全部完成, 最终库存 0

条件变量 + 互斥锁，正是 bounded-buffer 问题的标准解法。

6. 阻塞 IO vs 非阻塞 IO

写端 3 秒后才写，读端表现截然不同：

-----[1]阻塞 IO -----[read 开始等待]16:31:00[read 返回]16:31:03 读到18字节: 数据终于来了 —— 中间约3秒进程在睡眠, CPU 可被调度给别的任务 -----[2]非阻塞 IO ----- 第1次 read: 返回 -1,errno=Resource temporarily unavailable 立即返回, 进程没有被阻塞 第2次 read: 返回 -1,errno=Resource temporarily unavailable 立即返回 结论: 阻塞IO逻辑简单但会挂起进程;非阻塞IO需要配合轮询或IO多路复用, 才能在单进程/单线程里同时服务多个IO来源

7. IO 多路复用：select / epoll

非阻塞 IO 必须配多路复用才能"一边等一边干活"。本实验实现了select聊天广播服务器和epoll回显服务器——单进程同时看护多个客户端连接，这正是 Nginx、Redis 等高并发服务的基础模型。

实操记录中select_server/epoll_echo均编译运行通过；epoll在大量连接下比select的 O(n) 轮询更高效（内核回调机制，O(1) 就绪通知），是生产环境的首选。

8. 小结

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