一、管道通信的核心背景
Linux 系统中进程地址空间相互隔离，管道通过内核提供的 "伪文件"（队列结构）实现进程间数据传递，是最经典的单机 IPC 方式之一，具备实现简单、轻量高效的特点。
二、无名管道（Unnamed Pipe）
1. 核心定义
无名管道（也叫匿名管道）是仅支持有亲缘关系进程（父子 / 兄弟进程）通信的半双工管道，无文件名称，文件系统不可见，生命周期随进程结束而销毁。
2. 核心特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 通信范围 | 仅限有亲缘关系的进程（如 fork 创建的父子进程） |
| 工作模式 | 半双工（数据单向传输），实际开发中通常当作单工使用 |
| 文件属性 | 特殊的伪文件，不支持lseek()（文件 IO）/fseek()（标准 IO）定位操作 |
| IO 方式 | 首选文件 IO（open/read/write/close），也可使用标准 IO（fgets/fread 等，需注意缓冲区） |
| 核心限制 | 数据传输上限约 64KB，超出会触发阻塞 |
3. 关键函数
c
运行
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);- 功能：创建并打开一个无名管道，在内核中分配队列资源；
- 参数 ：
pipefd[0]固定为管道读端，pipefd[1]固定为管道写端； - 返回值 ：成功返回 0，失败返回 - 1（可通过
perror()查看错误原因）。
4. 编程流程
plaintext
创建管道（pipe()） → fork创建子进程 → 关闭无用端（父子进程分工读/写） → 读写管道 → 关闭管道（close()）5. 核心行为（必记）
- 写阻塞：读端存在时，向管道写入数据超过 64KB，写操作会阻塞（写进程速度过快）；
- 读阻塞：写端存在时，读取空管道，读操作会阻塞（读进程速度过快）；
- 管道破裂 ：读端关闭后仍向管道写数据，内核会向写进程发送
SIGPIPE信号，导致写进程退出； - 通信结束：写端关闭后，读进程读取空管道会返回 0（可作为通信结束的标志）。
6. 极简示例代码
c
运行
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
int pipefd[2];
// 1. 创建无名管道
if (pipe(pipefd) == -1) {
perror("pipe create failed");
return 1;
}
// 2. fork创建子进程（亲缘进程）
pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork failed");
return 1;
}
// 子进程：写管道
if (pid == 0) {
close(pipefd[0]); // 关闭读端（仅写）
char buf[] = "Hello from child process (pipe)";
write(pipefd[1], buf, strlen(buf));
close(pipefd[1]); // 关闭写端
return 0;
}
// 父进程：读管道
close(pipefd[1]); // 关闭写端（仅读）
char recv_buf[1024] = {0};
read(pipefd[0], recv_buf, sizeof(recv_buf));
printf("Parent read: %s\n", recv_buf);
close(pipefd[0]); // 关闭读端
wait(NULL); // 等待子进程退出
return 0;
}三、有名管道（FIFO）
1. 核心定义
有名管道（FIFO）解决了无名管道 "仅亲缘进程通信" 的限制，支持任意单机进程通信，底层队列结构与无名管道一致，最大区别是 "文件系统可见"（有明确的路径和名称）。
2. 核心特性
- 继承无名管道的所有特性（半双工、无定位、64KB 上限等）；
- 额外特性：管道以文件形式存在（
ls -l可见，文件类型为 p），若一端未打开，另一端调用open()时会阻塞； - 生命周期：文件存在于文件系统，需手动删除（
unlink()/rm），否则会残留。
3. 关键函数
c
运行
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);- 功能：在指定路径创建有名管道文件；
- 参数 ：
pathname为管道路径 + 名称（如./my_fifo），mode为 8 进制文件权限（如 0664）； - 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1（若文件已存在，错误码为 EEXIST）。
4. 编程流程
plaintext
创建有名管道（mkfifo()） → 进程A/B打开管道（open()） → 进程间读写管道 → 关闭管道（close()） → 删除管道文件（unlink()）5. 极简示例代码
写进程（fifo_write.c）
c
运行
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#define FIFO_PATH "./my_fifo"
int main() {
// 1. 创建有名管道
if (mkfifo(FIFO_PATH, 0664) == -1) {
perror("mkfifo failed");
return 1;
}
// 2. 打开管道（写模式，阻塞等待读端打开）
int fd = open(FIFO_PATH, O_WRONLY);
if (fd == -1) {
perror("open failed");
return 1;
}
// 3. 写数据
char buf[] = "Hello from FIFO write process";
write(fd, buf, strlen(buf));
printf("Write data: %s\n", buf);
// 4. 关闭并删除管道
close(fd);
unlink(FIFO_PATH);
return 0;
}读进程（fifo_read.c）
c
运行
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#define FIFO_PATH "./my_fifo"
int main() {
// 1. 打开管道（读模式，阻塞等待写端打开）
int fd = open(FIFO_PATH, O_RDONLY);
if (fd == -1) {
perror("open failed");
return 1;
}
// 2. 读数据
char recv_buf[1024] = {0};
read(fd, recv_buf, sizeof(recv_buf));
printf("Read data: %s\n", recv_buf);
// 3. 关闭管道
close(fd);
return 0;
}6. 运行方式
bash
运行
# 编译
gcc fifo_write.c -o fifo_write
gcc fifo_read.c -o fifo_read
# 终端1运行读进程（阻塞等待写端）
./fifo_read
# 终端2运行写进程（完成后自动删除管道）
./fifo_write四、无名管道 vs 有名管道 核心对比
| 维度 | 无名管道 | 有名管道 |
|---|---|---|
| 通信范围 | 仅亲缘进程 | 任意单机进程 |
| 文件可见性 | 不可见（仅内核中存在） | 可见（文件系统中有路径 / 名称） |
| 创建方式 | pipe() | mkfifo() |
| 生命周期 | 随进程退出销毁 | 需手动删除，否则残留 |
| open 阻塞 | 无（创建时已打开） | 一端未打开时，另一端 open 阻塞 |
| 核心特性 | 半双工、64KB 上限、无定位 | 继承无名管道所有特性 |
五、管道通信实践建议
- 场景选择 ：
- 亲缘进程单机通信 → 无名管道（无需手动清理，轻量）；
- 任意单机进程通信 → 有名管道（灵活，需注意文件残留）；
- 注意事项 ：
- 避免管道破裂：读端关闭前，写端不要持续写数据；
- 数据完整性：管道传输字节流，需自定义分隔符（如
\n）标识数据边界； - 性能限制：64KB 上限决定管道不适合大数据传输，大数据场景优先选共享内存。