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IPC（进程间通信）概述

进程空间独立，但进程间常需数据共享或交换，因此需要IPC机制。IPC允许不同进程高效协作，例如数据传输、同步操作等。IPC方式多样，可根据需求选择。

IPC主要种类

1. 古老通信方式：包括无名管道、有名管道和信号。
2. IPC对象通信：如共享内存、信号量集（消息队列相对少用）。
3. Socket通信：适用于网络环境。

管道底层实现基于队列，支持高效数据传输。下面重点讨论无名管道和有名管道。

无名管道（匿名管道）

无名管道仅适用于有亲缘关系的进程（如父子进程）。它基于文件描述符操作，特性如下：

• 半双工模式：通常用作单工（单向通信）。
• 不支持定位操作（如lseek）。
• 使用文件IO（open,read,write,close）或标准IO（带缓冲区）。
• 阻塞行为：
  • 读端存在时，写操作超过64KB会阻塞。
  • 写端存在时，读操作在管道为空时会阻塞。
  • 读端关闭后，写操作会导致写进程退出。
  • 写端关闭后，读操作返回0表示结束。

编程步骤

1. 创建管道。
2. 读写管道。
3. 关闭管道。

函数原型

int pipe(int pipefd[2]);

• 功能：创建并打开无名管道。
• 参数：
  • pipefd[0]：固定读端。
  • pipefd[1]：固定写端。
• 返回值：成功返回0，失败返回-1。

示例使用：

#include <unistd.h> #include <stdio.h> int main() { int pipefd[2]; pid_t pid; if (pipe(pipefd) == -1) { perror("pipe error"); return -1; } pid = fork(); if (pid == 0) { // 子进程：写数据 close(pipefd[0]); // 关闭读端 write(pipefd[1], "Hello", 6); close(pipefd[1]); } else if (pid > 0) { // 父进程：读数据 close(pipefd[1]); // 关闭写端 char buf[10]; read(pipefd[0], buf, sizeof(buf)); printf("Received: %s\n", buf); close(pipefd[0]); } return 0; }

有名管道

有名管道（FIFO）适用于任意单机进程，在文件系统中可见（有路径名）。特性与无名管道一致，额外特性：

• 一端未打开时，open函数会阻塞。

编程步骤

1. 创建有名管道。
2. 打开有名管道。
3. 读写管道。
4. 关闭管道。
5. 卸载有名管道（可选）。

函数原型

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

• 功能：创建有名管道文件。
• 参数：
  • pathname：文件路径和名称。
  • mode：八进制权限（如0666）。
• 返回值：成功返回0，失败返回-1。

示例使用：

#include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> int main() { const char *fifo_path = "/tmp/myfifo"; // 创建有名管道 if (mkfifo(fifo_path, 0666) == -1) { perror("mkfifo error"); return -1; } // 进程A：写数据 int fd = open(fifo_path, O_WRONLY); write(fd, "Data from A", 12); close(fd); // 进程B：读数据 fd = open(fifo_path, O_RDONLY); char buf[20]; read(fd, buf, sizeof(buf)); close(fd); // 可选：卸载管道 unlink(fifo_path); return 0; }

总结

• 无名管道适合亲缘进程，简单高效。
• 有名管道扩展至任意进程，但需文件系统管理。
• 管道通信需注意阻塞和关闭行为，避免死锁或数据丢失。实际应用中，结合进程同步机制（如信号量）可增强可靠性。