进程间通信pipe

封面图 • 2025-12-01 • 嵌入式

在操作系统中，**进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）** 是指不同进程之间进行数据交换和信息传递的方法。其中，**管道（Pipe）** 是一种常见的 IPC 机制，尤其在 Unix/Linux 系统中广泛使用。

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## 🧩 一、什么是管道（Pipe）？

**管道** 是一种 **半双工** 的通信方式，通常用于具有 **父子关系** 的进程之间进行通信。它允许一个进程将数据写入管道，另一个进程从管道中读取数据。

### ✅ 特点：
- 半双工（只能单向通信）
- 只能在有亲缘关系的进程之间使用（如父子进程）
- 数据是 **先进先出（FIFO）** 的
- 内核维护的缓冲区

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## 🧠 二、管道的类型

在 Unix/Linux 中，主要有两种类型的管道：

### 1. **匿名管道（Anonymous Pipe）**
- 由 `pipe()` 系统调用创建
- 没有名字，只能在具有亲缘关系的进程之间使用
- 常用于父子进程之间的通信

#### 示例代码（C语言）：

```c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {
    int fd[2];  // fd[0] 为读端，fd[1] 为写端
    char buffer[100];

if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

pid_t pid = fork();

if (pid == 0) {  // 子进程：读取数据
        close(fd[1]);  // 关闭写端
        read(fd[0], buffer, sizeof(buffer));
        printf("Child received: %s\n", buffer);
        close(fd[0]);
    } else {  // 父进程：写入数据
        close(fd[0]);  // 关闭读端
        write(fd[1], "Hello from parent!", strlen("Hello from parent!"));
        close(fd[1]);
        wait(NULL);  // 等待子进程结束
    }

return 0;
}
```

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### 2. **命名管道（Named Pipe / FIFO）**
- 使用 `mkfifo()` 创建
- 有文件名，可以在任意进程之间使用（无需亲缘关系）
- 类似于文件，可以被多个进程打开

#### 示例代码（C语言）：

```c
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {
    const char *fifo_name = "/tmp/myfifo";
    mkfifo(fifo_name, 0666);

int fd = open(fifo_name, O_WRONLY);
    write(fd, "Hello from writer!", 18);
    close(fd);

fd = open(fifo_name, O_RDONLY);
    char buffer[100];
    read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    printf("Reader received: %s\n", buffer);
    close(fd);

unlink(fifo_name);  // 删除命名管道
    return 0;
}
```

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## 📌 三、管道的优缺点

| 优点 | 缺点 |
|------|------|
| 简单易用 | 半双工，不能双向通信 |
| 适合父子进程通信 | 不支持跨机器通信 |
| 无须额外配置 | 仅限本地进程 |

---

## 🔁 四、管道 vs 其他 IPC 方法

| 通信方式 | 是否支持跨进程 | 是否支持跨机器 | 是否支持双向 | 是否需要亲缘关系 |
|----------|----------------|----------------|--------------|------------------|
| 管道（匿名） | 否 | 否 | 否 | 是 |
| 命名管道（FIFO） | 是 | 否 | 否 | 否 |
| 共享内存 | 是 | 否 | 是 | 否 |
| 消息队列 | 是 | 是 | 是 | 否 |
| 信号量 | 是 | 否 | 否 | 否 |
| 套接字（Socket） | 是 | 是 | 是 | 否 |

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## 🧰 五、总结

| 项目 | 内容 |
|------|------|
| 名称 | 管道（Pipe） |
| 类型 | 匿名管道、命名管道（FIFO） |
| 通信方向 | 半双工 |
| 使用场景 | 父子进程、本地进程通信 |
| 优点 | 简单、高效 |
| 缺点 | 半双工、限制多 |

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如果你对某种特定语言（如 Python、Java、C++）的管道实现感兴趣，也可以告诉我，我可以提供对应示例。