一、今日学习总览
- 补充知识点：计数信号量
- 核心学习：进程间通信（IPC）
- IPC 分类框架梳理
- 重点攻克：管道（无名管道 pipe + 有名管道 fifo）
二、进程间通信（IPC）整体分类
IPC（interprocess communicate） 是不同进程之间交换数据 / 信号的方式，核心分为三大类：
| 类别 | 具体方式 | 核心特点 |
|---|---|---|
| 古老的通信方式 | 无名管道、有名管道、信号 | 简单、基础，部分有局限性（如管道半双工） |
| IPC 对象通信 | 消息队列、共享内存、信号量集 | 效率高，专为进程间通信设计 |
| Socket 通信 | 基于网络 / 本地套接字 | 跨主机 / 跨进程通用，功能强大 |
三、管道核心知识点（重点）
1. 管道通用特性
- 半双工通信：数据只能单向流动，双向通信需创建两个管道
- 基于文件描述符：读端（fd [0]）、写端（fd [1]），遵循 "先入先出"
内核级缓冲区：数据传输通过内核缓冲区，不落地磁盘
- 随进程 / 文件描述符关闭释放：无名管道随进程退出销毁，有名管道需手动卸载
2. 管道读写四大关键场景
| 场景 | 触发条件 | 行为表现 |
|---|---|---|
| 写阻塞 | 管道满 + 读端存在 | 超过64k，写进程阻塞，直到有读进程取走数据 |
| 读阻塞 | 管道空 + 写端存在 | 读进程阻塞，直到有写进程写入数据 |
| 管道破裂（SIGPIPE） | 写端写入时，读端已全部关闭 | 内核向写进程发送 SIGPIPE 信号，默认导致进程终止 |
| read 返回 0 | 管道空 + 写端已全部关闭 | 读进程 read 返回 0，表示无数据且不会再写入 |
3. 无名管道（pipe）
（1）核心特性
- 仅限亲缘进程间通信（父子 / 兄弟进程）
- 无文件名，仅存在于内核中，进程退出后自动销毁
- 创建后返回两个文件描述符：fd [0]（读）、fd [1]（写）
（2）使用步骤 + 核心函数
| 步骤 | 函数 / 操作 | 关键说明 |
|---|---|---|
| 1. 创建管道 | int pipe(int fd[2]); |
成功返回 0，失败返回 - 1；fd [0] 读、fd [1] 写 |
| 2. 创建子进程 | pid_t fork(); |
子进程继承父进程的管道文件描述符 |
| 3. 关闭无用端 | close(fd[0]/fd[1]); |
单向通信时，父 / 子进程关闭不需要的端（如父写子读：父关 fd [0]，子关 fd [1]） |
| 4. 读写管道 | write(fd[1], buf, len);/read(fd[0], buf, len); |
write：写入字节数；read：读取实际字节数，0 表示写端关闭 |
| 5. 关闭管道 | close(fd[0]/fd[1]); |
通信完成后关闭剩余文件描述符 |
（3）实战示例：父进程读照片传给子进程
cs
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
#define BUF_SIZE 1024
int main() {
int fd[2];
char buf[BUF_SIZE];
int fd_photo;
ssize_t read_len, write_len;
// 1. 创建无名管道
if (pipe(fd) == -1) {
perror("pipe error");
return -1;
}
// 2. 创建子进程
pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork error");
return -1;
}
if (pid == 0) { // 子进程：读管道数据
close(fd[1]); // 关闭写端
// 接收并保存照片
int fd_copy = open("copy_photo.jpg", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
while ((read_len = read(fd[0], buf, BUF_SIZE)) > 0) {
write(fd_copy, buf, read_len);
}
close(fd[0]);
close(fd_copy);
return 0;
} else { // 父进程：读照片并写入管道
close(fd[0]); // 关闭读端
fd_photo = open("test.jpg", O_RDONLY);
if (fd_photo == -1) {
perror("open photo error");
return -1;
}
// 读取照片并写入管道
while ((read_len = read(fd_photo, buf, BUF_SIZE)) > 0) {
write_len = write(fd[1], buf, read_len);
if (write_len != read_len) {
perror("write pipe error");
break;
}
}
close(fd[1]);
close(fd_photo);
wait(NULL); // 等待子进程完成
}
return 0;
}4.注意事项：
1.管道的数据存储结构：队列（先进先出FIFO），管道的本质是内核中的环形缓冲区，数据严格按照写入顺序排列
2.数据的生命周期：读走即消失，不会保留，管道是流式、一次性的通信机制，当调用read时，数据会从管道缓冲区被剪切出来，复制到用户态的buf里，原缓冲区中的这段数据会被删除，同一个数据只能被读取一次，读完就从管道里消失了，无法重复出现。
3.管道缓冲区是有限大小的（通常是4KB或64KB，由系统决定）。
4. 有名管道（fifo）
（1）核心特性
- 支持非亲缘进程间通信（任意进程，只要知道管道名）
- 有文件路径（如
/tmp/myfifo），存在于文件系统中，内容在内存 - 操作逻辑与无名管道一致，仅创建 / 打开方式不同
（2）使用步骤 + 核心函数
| 步骤 | 函数 / 操作 | 关键说明 |
|---|---|---|
| 1. 创建 fifo 文件 | int mkfifo(const char *path, mode_t mode); |
成功返回 0，失败返回 - 1；mode 为文件权限（如 0644） |
| 2. 打开管道 | int open(const char *path, O_RDONLY/O_WRONLY); |
读端 / 写端需分别打开，未配对时会阻塞（除非 O_NONBLOCK） |
| 3. 读写管道 | read()/write() |
与无名管道用法完全一致 |
| 4. 关闭管道 | close(fd); |
关闭文件描述符 |
| 5. 卸载 fifo | unlink(const char *path); |
删除文件系统中的 fifo 文件 |
（3）注意事项
- 创建 fifo 后，必须同时有读端和写端打开，否则单独打开会阻塞（除非加 O_NONBLOCK）
- fifo 文件仅为 "标识"，数据仍存于内核缓冲区，不落地
- 多个进程写 fifo 时，需保证写入数据不超过 PIPE_BUF（原子写入），避免数据错乱
四、今日学习总结
- 核心重点 ：管道是 IPC 中最基础的通信方式，无名管道适用于亲缘进程，有名管道突破亲缘限制，二者读写逻辑一致，核心关注 "读写端存在性" 导致的阻塞 / 破裂场景。
- 关键函数：pipe（创建无名管道）、mkfifo（创建有名管道）、read/write（管道读写）、close/unlink（管道关闭 / 卸载）。
- 核心易错点：管道破裂（SIGPIPE）、读写端未正确关闭导致的阻塞、有名管道未配对打开的阻塞问题。
五、后续学习建议
- 结合示例代码实操，验证 "读 / 写阻塞、管道破裂" 等场景的实际表现。
- 对比无名管道和有名管道的适用场景，总结二者的异同点。
- 预习下一个 IPC 知识点（如消息队列 / 共享内存），对比管道的优缺点。