实用指南：学习笔记——IPC（进程间通信）

IPC（进程间通信）

一、为什么需要IPC？

• 进程空间都是独立的（虚拟地址空间隔离）

• 但进程之间有数据共享或交换需求

• 需要一种机制让进程间能够通信

二、IPC通信方式分类

1. 古老的通信方式

• 无名管道（匿名管道）

• 有名管道（FIFO）

• 信号（Signal）

注意：管道是自动申请资源并继续运行程序

2. IPC对象通信（System V IPC）

• 消息队列（用的相对少，不讨论）

• 共享内存

• 信号量集

主要用于：System V、BSD、SUSE、Fedora、kernel.org等系统

3. Socket通信

• 主要用于网络通信

• 也可用于本地进程间通信

三、管道底层实现

• 底层数据结构：队列（先进先出）

• 无名管道（Unnamed Pipe）=> pipe

  • 只能用于有亲缘关系的进程通信（如父子进程）

四、管道特性

1. 工作模式

• 半双工工作模式

• 实际编程中，通常当作单工使用

2. 文件特性

• 所有管道都是特殊文件

• 不支持定位操作

  • lseek → 用于文件描述符

  • fseek → 用于FILE*

• 建议使用文件IO：open, read, write, close

• 可选使用标准IO（带缓冲区）：fgets, fread, fgetc

3. 编程顺序

创建管道 → fork → 读写管道 → 关闭管道

五、管道行为分析

1. 写端行为

读端存在，一直向管道写：
- 超过64K（默认缓冲区大小）→ 写会阻塞
- 原因：写段写的太快

2. 读端行为

写端存在，从管道读：
- 如果管道为空 → 读会阻塞
- 原因：读段读的太快

3. 管道破裂（Broken Pipe）

读端关闭，继续写管道：
- 导致写段进程收到SIGPIPE信号
- 默认行为：进程退出

4. 管道结束

写端关闭，读管道：
- 如果管道没有内容 → read返回0
- 表示：进程间通信结束

六、有名管道（FIFO）

1. 特点

• 有名管道 => fifo

• 可以用于任意单机进程通信

• 在文件系统中可见（有文件名称）

2. 编程步骤

创建有名管道 → 打开有名管道 → 读写管道 → 关闭管道 → 卸载有名管道

3. 特性

• 具有无名管道所有特性

• 额外特性：

  • 如果有一端没有打开

  • open函数会阻塞直到另一端也打开

七、相关函数

1. pipe函数

int pipe(int pipefd[2]);

• 功能：创建并打开一个无名管道

• 参数：

  • pipefd[0] → 无名管道的固定读端

  • pipefd[1] → 无名管道的固定写端

• 返回值：

  • 成功：0

  • 失败：-1

2. mkfifo函数

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

• 功能：在指定路径下创建有名管道文件

• 参数：

  • pathname → 要创建的有名管道路径+名称

  • mode → 八进制文件权限（如0666）

• 返回值：

  • 成功：0

  • 失败：-1

八、使用场景对比

特性	无名管道	有名管道
关系要求	必须有亲缘关系	任意进程
文件可见性	不可见	文件系统可见
创建方式	pipe()	mkfifo()
打开阻塞	不适用	open会阻塞
生命周期	随进程结束	持久存在直到删除

九、注意事项

1. 管道是半双工的，但通常按单工使用

2. 管道不能定位，只能顺序读写

3. 注意处理管道破裂（SIGPIPE信号）

4. 读写阻塞是正常现象，需要合理设计程序逻辑

5. 及时关闭不需要的文件描述符，避免资源泄漏