《Linux系统编程篇》管道（Linux 进程间通信（IPC））—

《Linux系统编程篇》管道（Linux 进程间通信（IPC））——基础篇

文章目录

引言
理解 Linux 进程间通信（IPC）基础
- 什么是进程间通信（IPC）？
管道（Pipe）的基本介绍
- 使用场景：
- 管道特点：
- 管道类型：
- - 匿名管道
  - 命名管道（FIFO）
结论

坚持不懈，努力奋斗，每一步都是通向成功的征程。在追逐梦想的路上，坚定的信念和不屈的意志将成就辉煌的明天。愿你勇敢面对挑战，坚定前行，绽放出属于自己的光芒。加油！✨🌟

——家驹

引言

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我们学习了，fork，wait，waitpid，exit，以及exec系列函数等，但是还是相当局限，唯一能够通讯的还是等待子进程结束靠着wait等待，中间好像没有办法在传递消息了，内存又是独立，我怎么能实现呢，还是上节说到的，丰富自己。提高自己的认知，加油吧，我们开始学习新的内容，进程之间的通讯在技术领域我们称之为IPC。

理解 Linux 进程间通信（IPC）基础

进程间通信（Inter-Process Communication，IPC） 是操作系统中使不同进程交换数据、协同工作的机制。进程间通信广泛用于客户端-服务器应用、多进程应用及系统服务中。Linux 提供了多种 IPC 方式，本文将介绍几种主要的 IPC 方法：管道、消息队列、共享内存和信号。

什么是进程间通信（IPC）？

在 Linux 中，进程是相互独立的，每个进程都有独立的内存空间。为了在不同进程之间交换数据，操作系统提供了各种 IPC 机制。这些机制可帮助进程完成数据共享、同步、通知和事件处理等任务。

常见的 IPC 方式包括：

管道（Pipe）
命名管道（FIFO）
消息队列（Message Queue）
共享内存（Shared Memory）
信号（Signal）
套接字（Socket）

管道（Pipe）的基本介绍

管道是最简单的 IPC 方式之一，适合在具有亲缘关系的进程（如父子进程）之间传递数据。管道是单向的，数据只能从一端流向另一端。它允许一个进程的输出直接作为另一个进程的输入。管道是一种半双工的通信方式，数据只能在一个方向上流动。

我们在没有学习进程通讯的时候，我们其实就已经在使用管道了，当我们使用命令行|（竖线shift+\）其实就已经使用管道了，我们回忆一下。

还记得之前我们使用ps -aux命令的时候吗，我们使用了管道(pipe)和grep配合进行了筛选，筛选出来了我们想要的数据。

使用场景：

进程间通信：父子进程之间或者兄弟进程之间进行数据传输。
管道重定向：将一个进程的输出重定向到另一个进程的输入。
Shell命令管道：通过管道将多个命令连接起来，实现数据流的传递。

管道特点：

单向通信：管道是单向的，数据只能从一个端口流向另一个端口。
半双工通信：管道可以同时读写，但不能同时进行读写操作。
进程间通信：管道通常用于实现父子进程或者兄弟进程之间的通信。

管道类型：

管道我们分俩种类型，一种是有名字的管道（命名管道），一种是没有名字的管道（匿名管道），我们来看两者的区别。

匿名管道（Anonymous Pipe）：最常见的管道类型，用于在父子进程或者兄弟进程之间进行通信。通过pipe系统调用创建，通常是一种临时的通信方式。
命名管道（Named Pipe，FIFO）：是一种特殊类型的文件，可以在不相关的进程间进行通信。通过mkfifo命令或系统调用创建，通常用于持久性通信。

看上去只是调用的系统接口不一样，我们直接上代码直观的了解一下。

匿名管道

#include <unsistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);

用法：

使用 pipe() 系统调用创建管道。
管道有两个文件描述符：一个用于读取，另一个用于写入。
父进程和子进程可以通过管道实现数据传输。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {int fd[2];char buffer[20];// 创建管道if (pipe(fd) == -1) {perror("pipe failed");return 1;}if (fork() == 0) { // 子进程close(fd[0]); // 关闭读端char message[] = "Hello from child!";write(fd[1], message, strlen(message) + 1); // 写入管道close(fd[1]);} else { // 父进程close(fd[1]); // 关闭写端read(fd[0], buffer, sizeof(buffer)); // 从管道读取printf("Parent received: %s\n", buffer);close(fd[0]);}return 0;
}

结果:
在这里插入图片描述

父进程创建了一个管道，然后通过fork创建了一个子进程，父子进程之间通过管道进行通信。子进程向管道中写入一个消息，父进程从管道中读取该消息，并输出到标准输出。

在代码中，子进程关闭了管道的读端（fd[0]），然后向管道的写端（fd[1]）写入消息。父进程关闭了管道的写端，然后从管道的读端读取消息到buffer中，并输出到标准输出。

在这里插入图片描述

注意:在子进程中写入消息后，父进程才能从管道中读取消息。这保证了父子进程之间的同步通信。

对于管道通信可以看作特殊的文件，对于他的读写可以使用write，read函数进程操作但他不是普通文件，并不存在于文件系统当中，而是存在于内存当中。且数据只能被读取一次；

命名管道（FIFO）

命名管道（FIFO）是管道的一种，但支持无亲缘关系的进程间通信。FIFO 在文件系统中以特殊文件形式存在，可以被多个进程打开进行读写操作。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

函数执行成功返回0，失败则返回-1；俩个参数分别为：创建管道的路径及文件名字，和权限。
例如：mkfifo("./file",0666)
这段表示在当前文件夹（目录）下创建名字为file的管道文件，权限为0666（可读可写）；

文件的权限：r 表示可读取，w 表示可写入，x 表示可执行，分别表示为数字为r=4，w=2，x=1；
权限又按用户的不同分为三类：User、Group、及Other三类用户的权限。

如，对于User用户，若拥有rw权限，则为4+2=6，所以0666中的666代表User、Group、及Other的权限分别是6，6，6，即均为rw权限。
而0666中的0代表不设置特殊的用户id，此处还可设为4，2，1，4代表具有root权限（即suid），2代表sgid，1代表sticky

用法：

使用 mkfifo() 或 mknod() 创建 FIFO 文件。
进程可以通过文件路径打开 FIFO 文件进行读写。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int main() {const char *fifo_path = "/tmp/my_fifo";// 创建 FIFO 文件mkfifo(fifo_path, 0666);if (fork() == 0) { // 子进程int fd = open(fifo_path, O_WRONLY);write(fd, "Hello from child!", 17);close(fd);} else { // 父进程char buffer[20];int fd = open(fifo_path, O_RDONLY);read(fd, buffer, sizeof(buffer));printf("Parent received: %s\n", buffer);close(fd);}return 0;
}