LINUX14 进程间的通信 - 管道

管道

12.1命名管道

12.1.1命名管道（Named Pipe/FIFO）

命名管道克服了普通管道只能在亲缘进程间使用的限制。

特点：

在文件系统中有对应的文件名（遵循UNC命名规范）

允许无亲缘关系的进程通信

通过 mkfifo() 系统调用创建

支持多对多通信模式

创建命名管道方法：

复制代码

#include <sys/stat.h>

// 创建命名管道

mkfifo("/tmp/myfifo", 0666);

使用命名管道方法

复制代码

#include<fcntl.h>

int fd=open("/tmp/myfifo",O_WRONLY);//发送数据端

int fd=open("/tmp/myfifo",O_RDONLY);//写入数据端

12.1.2管道读写规则深度理解

读端关闭：如果所有读端关闭，写端进程会收到SIGPIPE信号，导致进程终止

写端关闭：读端读取完所有数据后，read返回0，表示文件结束

原子性保证：当写入数据量不大于PIPE_BUF（通常512B-4KB）时，Linux保证写入的原子性。

示例两个进程进行通信：

接收端a.c文件如下：

cpp 复制代码

int fd=open("fifo",O_RDONLY);

printf("fd=%d\n",fd);

char buff[128]={0};

while(1){

int n=read(fd,buff,127);

if(n==0)break;

printf("buff=%s",buff);

}

发送端b.c文件如下：

cpp 复制代码

void fun(int sig){

printf("sig = %d \n",sig);

signal(SIGPIPE,SIG_DFL);

}

int main(){

signal(SIGPIPE,fun);

mkfifo("fifo",0600);

int fd=open("fifo",O_WRONLY);

printf("fd=%d\n",fd);

char buff[128]={0};

while(1){

fgets(buff,127,stdin);

write(fd,buff,sizeof(buff));

}

return 0;

}

12.1.3管道的工作原理与核心特性

单向通信：数据只能从写端 ( fd[1] ) 流向读端 ( fd[0] )。要实现双向通信，需要建立两个管道。

内核缓冲：数据在内核缓冲区中暂存。读进程从缓冲区读取数据，写进程向缓冲区写入数据。

同步与阻塞：

当读进程尝试读取一个空管道 时，它会阻塞，直到有数据写入。

当写进程尝试向一个已满管道 写入数据时，它会阻塞，直到有空间可用。

如果所有读端都已关闭，写进程会收到 SIGPIPE 信号，通常导致进程终止。

字节流导向：管道不维护消息边界，数据被视为连续的字节流。多次写入可能被一次读取，单次写入也可能被多次读取。

12.2 匿名管道

12.2.1匿名管道（Anonymous Pipe）

匿名管道 （Anonymous Pipe）是Linux/Unix系统中一种最基本的进程间通信机制，主要用于具有亲缘关系的进程间数据传递，匿名管道通过内核缓冲区实现单向数据流，其本质是一个内核维护的环形队列（先进先出）。

关键特性：

单向通信：数据只能从写端流向读端

血缘关系限制：传统匿名管道只能用于父子进程等有亲缘关系的进程间

内核缓冲区：默认大小通常为4KB或64KB，数据存储在内核内存中

同步机制：读空管道会阻塞，写满管道也会阻塞

12.2.2匿名管道工作原理

创建与使用流程

创建管道：

cpp 复制代码

int pipefd[2];//// pipefd[0]读端，pipefd[1]写端

pipe(pipe1); // 父→子

pipe(pipe2); // 子→父

// 1. 创建管道

if (pipe(pipefd) == -1) {

perror("pipe创建失败");

return 1;

}

父子进程通信：

cpp 复制代码

// 2. 创建子进程

pid_t pid = fork();

if (pid == 0) {

// 子进程：关闭写端，读取数据

close(pipefd[1](@ref);

read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));

printf("子进程收到: %s\n", buffer);

close(pipefd;

} else {

// 父进程：关闭读端，写入数据

close(pipefd;

write(pipefd[1], "Hello from parent!", 18);

close(pipefd[1](@ref);

}

文件描述符继承机制:当父进程调用 fork() 创建子进程时，子进程会继承父进程的文件描述符表，因此父子进程可以通过相同的文件描述符访问同一个管道。

12.2.3匿名管道关键特性

缓冲区与容量

默认大小：通常为4KB或64KB，可通过系统配置调整

原子操作：写入量小于 PIPE_BUF （通常4KB）时可保证操作的原子性

阻塞行为

匿名管道的读写操作具有特定的阻塞特性：

情况	读端行为	写端行为
管道空	阻塞等待	正常写入
管道满	正常读取	阻塞等待
写端关闭	读取剩余数据后返回0	-
读端关闭	-	收到SIGPIPE信号

四种特殊情况的处理
所有写端关闭：读端读完数据后， read 返回0

写端未关闭但无数据：读端阻塞等待

所有读端关闭：写端会收到 SIGPIPE 信号

读端未关闭但管道满：写端阻塞等待

管道对比

特性维度	匿名管道 (PIPE)	命名管道 (FIFO)	共同点
本质	内核缓冲区	内核缓冲区（但有文件名）	都是内存中的缓冲区，以文件形式抽象
通信方向	半双工，单向流动	半双工，单向流动	单向通信，双向需两个管道
进程关系	必须具有亲缘关系	无需亲缘关系	-
数据模式	字节流，无消息边界	字节流，无消息边界	数据是连续的字节流
同步机制	阻塞I/O，读写空/满管道会阻塞	阻塞I/O，读写空/满管道会阻塞	内核提供同步，保证数据安全
生命周期	随进程创建和销毁	在文件系统中持久存在，直到被显式删除	进程退出会关闭其持有的描述符
创建方式	pipe() 系统调用	mkfifo() 函数或命令	-
可见性	仅限继承文件描述符的进程	文件系统可见，任何进程可访问

选择依据：

需要在有亲缘关系的进程 （如父子进程）间传递数据时，优先考虑匿名管道。

需要在无亲缘关系的任意进程 间通信时，必须使用命名管道。

对于需要高性能、大数据量共享 的场景，可考虑共享内存；对于需要可靠、结构化消息传递的场景，可考虑消息队列或套接字。