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Linux（十四）进程间通信（IPC），管道

news 2025/5/7 6:25:53

一、进程间通信

（一）系统介绍进程间通信

进程间通信（IPC）介绍

小编插入的这篇文章详细介绍了进程间通信的一些内容，大家可以一起学习。

（二）进程间通信的方法

1、管道

2、信号量

3、共享内存

4、消息队列

5、套接字

接下来的几篇文章，小编就会按照顺序介绍这几种方法（加粗的为重点内容），今天首先要学到的是管道。

二、管道

关于管道这个词，其实我们在之前有过一点点了解，不知道大家还是否记得。在Linux（四）基础命令2中，| 代表管道，当时是和grep（过滤）搭配使用。今天，我们就正式接触管道这个内容了。

首先是管道的分类，分为有名管道（命名管道）和无名管道。它们的区别是有名管道在任意两个进程间通信，无名管道在父子进程之间通信。

（一）有名管道

1、创建有名管道 mkfifo

2、打开管道 open()

3、关闭管道 close()

4、读数据 read()

5、写入数据 write()

在学习完上面的操作后，我们来思考一个问题：如果进程a要从键盘获取数据传递给另一个进程b，不使用管道操作应该如何完成？

其实在C语言中，我们可以通过文件操作完成，但是通过文件进行进程间通信存在两个问题：（1）速度慢（2）读数据时不知道a什么时候会写入。

下面，大家就和小编一起通过有名管道来演示进程间通信。

管道创建之后，它会在内存上分配一块空间（也就是通过管道的数据存在了内存中），而管道本身在磁盘里，所以管道的大小永远为0。

管道有两端（大家可以想象一下它想一个水管有两头），一端为读端，一端为写端（就像水管一遍流入一遍流出）。即管道一个是读打开，一个是写打开。

让我们将下面的代码在终端中写入，进行演示。

//a.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>int main(){int fd = open("fifo",O_WRONLY);//当前路径可以省略，绝对路径要写全assert(fd!=-1);printf("fd = %d\n",fd);write(fd,"hello",5);close(fd);
}
//b.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<fcntl.h>int main(){int fd = open("fifo",O_RDONLY);assert(fd!=-1);printf("fd = %d\n",fd);char buf[128] = {0};read(fd,buf,127);printf("read:%s\n",buf);close(fd);exit(0);
}

我们打开两个终端界面。

下面我们将上面的代码进行修改，使a循环写入（从键盘写入），b循环读取。

//a.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>int main(){int fd = open("fifo",O_WRONLY);//当前路径可以省略，绝对路径要写全assert(fd!=-1);printf("fd = %d\n",fd);while(1){   printf("input:\n");char buff[128] = {0};fgets(buff,128,stdin);if(strncmp(buff,"end",3)==0){break;}write(fd,buff,strlen(buff));}   close(fd);
}//b.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<fcntl.h>int main(){int fd = open("fifo",O_RDONLY);assert(fd!=-1);printf("fd = %d\n",fd);while(1){char buf[128] = {0};if(read(fd,buf,127)==0)//用于验证管道写端关闭，读read返回值为0(第3个特点){break;}printf("read:%s\n",buf);}   close(fd);exit(0);
}

通过上面这两个个例子，我们来总结一下管道的特点。

（1）管道必须读，写进程同时open，否则会阻塞；

（2）如果管道没有数据，那么read会阻塞；

（3）管道的写端关闭，读read返回值为0；

（4）管道打开的时候只有只读和只写两种方式，读写方式打开是未定义的。

（二）无名管道

有名管道之所以不限制进程，就是因为它有名字可以被找到；而无名管道不可以，如果不限制进程，它又没有名字，我们就没有办法找到它了。因此，无名管道只能用于父子进程间通信。

创建无名管道 pipe

还是同样的思路，学习一个新的命令要使用帮助手册 man pipe。

//fi.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>int main(){int fd[2];assert(pipe(fd)!=-1);pid_t pid = fork();assert(pid!=-1);//先open 后fork 共享文件描述符if(pid==0){   close(fd[1]);char buff[128] = {0};read(fd[0],buff,127);printf("child read:%s\n",buff);close(fd[0]);} else{close(fd[0]);write(fd[1],"hello",5);close(fd[1]);}exit(0);
}

通过上面两个例子，下面小编带领大家总结一下管道的特点：

（1）管道必须读,写进程同时open,否则会阻塞;

（2）如果管道没有数据,那么read会阻塞;

（3）管道的写端关闭,读read返回值为0;

（4）管道打开的时候只有只读和只写两种方式,读写方式打开是未定义的；

（5）无论有名还是无名,写入管道的数据都在内存中(管道的大小永远为0,面试的重点)

（6）管道是一种半双工通信方式(通信方式有单工,半双工,全双工)

（7）有名管道和无名管道的区别:有名管道可以在任意进程间使用,无名管道主要在父子进程
间通信

（8）管道的读端关闭,写会产生异常(发送信号SIGPIPE）

小编通过改变a.c的代码来进行验证，代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
void sig_fun(int sig){printf("sig = %d\n",sig);
}
int main(){signal(SIGPIPE,sig_fun);int fd = open("fifo",O_WRONLY);//当前路径可以省略，绝对路径要写全assert(fd!=-1);printf("fd = %d\n",fd);while(1){   printf("input:\n");char buff[128] = {0};fgets(buff,128,stdin);if(strncmp(buff,"end",3)==0){break;}write(fd,buff,strlen(buff));}   //write(fd,"hello",5);close(fd);
}