Linux间进程通信

进程间通信

进程间通信（简称IPC）是指多个进程之间传输数据或共享信息的机制。

通信目的
数据交换，共享资源，进程同步，消息传递。

实现原理
通信进程能够访问相同的内存区域。

进程间通信的方法

分为四大类：管道，System VIPC，POSIX IPC，套接字。
以下是对表格内容的提取整理，按照 方法分类 梳理各类进程间通信（IPC）的关键信息：

1. 管道（Pipe）

通信名称	描述	特点
无名管道	亲缘关系进程间通信	仅支持父子/兄弟进程
命名管道	任意进程间通信	需通过路径名标识管道

2. System V IPC

通信名称	实现方式	核心功能
消息队列	IPC 命名空间	基于消息传递数据
信号量	IPC 命名空间	实现进程间同步（如互斥锁）
共享内存	IPC 命名空间 + 内存映射	高效共享内存传递数据

3. POSIX IPC

通信名称	实现方式	核心功能
消息队列	文件系统（文件标识）	基于消息传递数据
信号量	文件系统（文件标识）	实现进程间同步
共享内存	文件 + 内存映射	高效共享内存传递数据

4. 套接字（Socket）

通信名称	描述	适用场景
socket	网络编程专题介绍	支持跨主机/跨网络通信

无名管道

介绍

无名管道用在具有亲缘关系的进程之间的单向通信。

特点

• 半双工
• 字节流通信，数据格式由用户自定义
• 多用于父子进程间通信

实现原理

父进程调用pipe函数创建两个文件，读管道文件和写管道文件。这两个文件的文件节点为pipe inode。
父子进程都能看到操纵管道，管道可以看作是缓冲区。

半双工原理
由于父进程和子进程都在写文件时，都写入了管道，读取时也都是在读取管道，没有办法区分。

全双工通信
使用两个通道

为什么只能亲缘关系
因为文件表不相同

编程实现

fork()
1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
2）在子进程中，fork返回0；
3）如果出现错误，fork返回一个负值；

创建无名管道

int pipe(int pipefd[2]);
int pipe2(int pipeefd[2],int flags);

pipefd[0]：读文件描述符
pipefd[1]：写文件描述符

• flags

  • O_NONBLOCK：设置非阻塞模式，读取和写入管道不会阻塞进程。
  • O_CLOEXEC ：设置在execve系统调用执行时关闭管道

• 返回值

  • 成功返回0
  • 失败返回-1，并设置errno

关闭、读写、初始化

int close(int fd);//关闭

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);//读写
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

//初始化
int fd[2] = {0}; 
//fd[0]：管道的读端（文件描述符，指向内核管道的读缓冲区）。
//fd[1]：管道的写端（文件描述符，指向内核管道的写缓冲区）。

完整流程演示

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define TEST_STRING "Hello, Pipe!" 

int fd[2] = {0}; //初始化

void test() { 
  pid_t pid = fork(); //创建子进程
  if (pid == 0) { 
    close(fd[1]); // 子进程关闭写端
    char rbuf[100];
    while (1) { 
      memset(rbuf, 0, sizeof(rbuf));
      int n = read(fd[0], rbuf, sizeof(rbuf)); //从管道读端 fd[0] 读取数据，
      if (n == 0) { // 写端关闭，退出循环
        printf("Child: Pipe EOF, exit.\n");
        break; 
      }
      printf("Child: Read %d bytes: %s\n", n, rbuf);
    }
    close(fd[0]); //子进程关闭读端（退出循环后执行）
    _exit(0); // 子进程直接退出（避免执行父进程逻辑）
  } else if (pid > 0) { 
    close(fd[0]); // 父进程关闭读端
  }
}

int main(int argc, char *argv[]){ 
  if (pipe(fd) == -1) { // 检查 pipe 创建失败
    perror("pipe");
    return 1;
  }
  test(); 

  // 父进程写 5 次后退出
  for (int i = 0; i < 5; i++) { 
    write(fd[1], TEST_STRING, strlen(TEST_STRING)); 
    sleep(1); 
  }
  close(fd[1]); // 父进程关闭写端（子进程会收到 EOF）
  printf("Parent: Close write end, exit.\n");
  return 0; 
}

命名管道

介绍

FIFO文件（也称为命名管道）是一种特殊类型的文件，在Linux中用于进程间通信。FIFO文件允许不相关的进程通过读取和写入相同的文件来通信。

特点

• FIFO文件位于文件系统中，可以像其他文件一样进行访问和管理。
• FIFO文件可以通过名称进行识别和引用，而不仅仅依赖于文件描述符。
• FIFO文件可以在不同的进程之间进行双向通信，允许同时进行读取和写入操作。

实现原理

进程通过mkinfo函数创建一个FIFO文件，FIFO文件对应一个fifo inode,fifo inode和pipe inode底层实现相同。
命名管道通过mkinfo创建完后，进程调用open打开FIFO文件，由于每个文件都对应唯一的inode节点，所以多个进程都是打开相同的inode节点，成功打开FIFO文件后，进程能正常读写管道完成进程间通信。

编程实现

创建命名管道

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

参数
pathname:命名管道的路径
mode：创建的权限

返回值
成功返回0，失败返回-1，并设置errno

管道操作

使用IO open,write,read,close实现打开，写，读操作。

System V消息队列

简介

允许多个进程同时向消息队列中写入和读取消息。
通过消息优先级机制，可以优先处理重要的消息。

实现原理

具有相同IPC命名空间的进程能够访问IPC命名空间相同的内存空间。

ftok函数：用于生成Svstem V唯一键值。
msgget：通过key查找IPC对象。