Linux系统编程——IPC进程间通信

目录

一、Linux IPC 的核心种类

1.古老的通信方式

2.IPC 对象通信（system v 标准）

3.socket 通信

二、无名管道（匿名管道）

1. 核心特性

2.读写行为规则

3.编程顺序

4.核心函数：pipe

5.示例代码：父子进程通过无名管道通信

三、有名管道

1.核心特性

2.编程顺序

3.核心函数：mkfifo

4.示例代码：两个无亲缘进程通过 FIFO 通信

四、无名管道与有名管道核心对比

五、总结

一、Linux IPC 的核心种类

1.古老的通信方式

是 Linux 早期的基础 IPC 实现，包括：

• 无名管道
• 有名管道
• 信号

2.IPC 对象通信（system v 标准）

基于内核对象的通信方式，常用的有：

• 消息队列（使用相对较少，这里不讨论）
• 共享内存
• 信号量集

3.socket 通信

支持跨主机的网络级通信，核心场景是：

• 网络通信

注：管道的底层实现是队列，数据遵循 “先进先出” 规则。

二、无名管道（匿名管道）

无名管道对应 pipe，是仅支持亲缘关系进程（如父子、兄弟进程）通信的方式。

1. 核心特性

• 仅能给亲缘关系进程通信；
• 半双工工作模式（实际编程按单工使用）；
• 是特殊文件，不支持定位操作（lseek 对管道文件描述符 / 文件指针无效）；
• 依赖文件 IO / 标准 IO 操作。

2.读写行为规则

管道的读写逻辑受缓冲区（默认 64K）和两端状态影响：

1. 读端存在时，写端持续写超 64K 会阻塞（写得太快）；
2. 写端存在时，读端读空管道会阻塞（读得太快）；
3. 读端关闭后，写端写管道会导致写进程崩溃（管道破裂）；
4. 写端关闭后，读端读完管道内容，read 会返回 0，标志进程间通信结束。

3.编程顺序

创建管道 → fork子进程 → 读写管道 → 关闭管道

4.核心函数：pipe

int pipe(int pipefd[2]);

• 功能：创建并打开一个无名管道；
• 参数：pipefd[0] 是无名管道的固定读端，pipefd[1] 是固定写端；
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。

5.示例代码：父子进程通过无名管道通信

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/wait.h> int main() { int pipe_fd[2]; pid_t pid; char read_buf[1024] = {0}; const char *write_data = "Hello from parent (pipe)!"; // 1. 创建无名管道 if (pipe(pipe_fd) == -1) { perror("pipe create failed"); return -1; } // 2. fork创建子进程（建立亲缘关系） pid = fork(); if (pid == -1) { perror("fork failed"); return -1; } // 3. 父进程：关闭读端，向管道写数据 if (pid > 0) { close(pipe_fd[0]); // 父进程仅写，关闭读端 write(pipe_fd[1], write_data, strlen(write_data)); close(pipe_fd[1]); // 写完关闭写端 wait(NULL); // 等待子进程执行完毕 } // 4. 子进程：关闭写端，从管道读数据 else { close(pipe_fd[1]); // 子进程仅读，关闭写端 read(pipe_fd[0], read_buf, sizeof(read_buf)); printf("Child read: %s\n", read_buf); close(pipe_fd[0]); // 读完关闭读端 } return 0; }

三、有名管道

有名管道对应 fifo，突破了亲缘关系限制，支持任意单机进程通信（只要知道管道的文件路径），且在文件系统中可见（有明确的路径名称）。

1.核心特性

• 可给任意单机进程通信，文件系统中可见（有路径）；
• 基础特性与无名管道一致（半双工、特殊文件、不支持定位等）；
• 额外特性：若管道一端未打开，open 函数会默认阻塞。

2.编程顺序

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.核心函数：mkfifo

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

• 功能：在指定路径下创建一个有权限的有名管道文件；
• 参数：pathname 是有名管道的路径 + 名称，mode 是 8 进制的文件权限（如0666）；
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。

4.示例代码：两个无亲缘进程通过 FIFO 通信

• 写进程（fifo_write.c）：

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/stat.h> #include <string.h> #define FIFO_PATH "/tmp/my_fifo" int main() { // 1. 创建FIFO文件（已存在则忽略） if (mkfifo(FIFO_PATH, 0666) == -1) { perror("mkfifo failed (ignore if exist)"); } // 2. 打开FIFO文件（写模式） int fd = open(FIFO_PATH, O_WRONLY); if (fd == -1) { perror("open fifo failed"); return -1; } // 3. 向FIFO写数据 const char *msg = "Hello from FIFO write process!"; write(fd, msg, strlen(msg)); printf("Write to FIFO: %s\n", msg); // 4. 关闭并卸载FIFO close(fd); unlink(FIFO_PATH); return 0; }

• 读进程（fifo_read.c）：

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/stat.h> #include <string.h> #define FIFO_PATH "/tmp/my_fifo" int main() { char buf[1024] = {0}; // 1. 打开FIFO文件（读模式，阻塞等待写端） int fd = open(FIFO_PATH, O_RDONLY); if (fd == -1) { perror("open fifo failed"); return -1; } // 2. 从FIFO读数据 read(fd, buf, sizeof(buf)); printf("Read from FIFO: %s\n", buf); // 3. 关闭FIFO close(fd); return 0; }

四、无名管道与有名管道核心对比

五、总结

1. 管道是 Linux 最基础的 IPC 机制，核心分为无名管道（pipe）和有名管道（FIFO）两类，均为半双工、基于队列的特殊文件；
2. 无名管道仅支持亲缘进程通信，无需手动清理；有名管道支持任意单机进程通信，需手动创建 / 删除；
3. 管道读写需遵循核心规则，尤其注意 “读 / 写端关闭” 后的行为，避免进程崩溃或数据异常。