嵌入式第三十八篇——linux系统编程——IPC进程间通信

一、无名管道（Unnamed Pipe）

1. 核心定义

无名管道（简称pipe）是仅支持有亲缘关系进程（如父子、兄弟进程，由同一进程 fork 创建）间通信的临时 IPC 机制，无文件系统实体，仅存在于内存中。

2. 核心特性

1. 半双工通信：数据只能单向流动，实际编程中通常按单工模式使用（如需双向通信，需创建两个管道）。
2. 不支持定位操作：管道是流式文件，无法使用lseek（文件 IO）或fseek（标准 IO）进行偏移定位。
3. 文件操作方式：
   • 首选文件 IO（open/read/write/close），无缓冲区，效率更高；
   • 可选标准 IO（fgets/fread/fgetc等），但存在缓冲区，需注意数据同步问题。
4. 阻塞与异常行为（关键）：

   场景	行为
   读端存在，写端写入超过 64KB	写操作阻塞（管道缓冲区默认大小为 64KB）
   写端存在，管道为空时读操作	读操作阻塞（等待写端写入数据）
   读端关闭，写端继续写管道	管道破裂，写进程被信号终止（SIGPIPE）
   写端关闭，管道无数据时读操作	read返回 0（表示通信结束）

3. 编程接口

（1）创建管道函数

#include <unistd.h> int pipe(int pipefd[2]);

• 功能：创建并打开一个无名管道，返回两个文件描述符。
• 参数：pipefd[0]为管道的读端（固定），pipefd[1]为管道的写端（固定）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1（并设置errno）。

4. 编程步骤

1. 创建管道：调用pipe()函数生成读、写端文件描述符。
2. 创建子进程：调用fork()生成子进程（子进程继承管道描述符）。
3. 关闭无用端：父子进程分别关闭不需要的读 / 写端（如父进程写、子进程读，则父进程关读端，子进程关写端）。
4. 读写管道：通过read()/write()进行数据传输。
5. 关闭管道：通信结束后，关闭剩余的读 / 写端描述符。

二、有名管道（FIFO）

1. 核心定义

有名管道（简称FIFO，First In First Out）是支持任意单机进程（无亲缘关系也可）间通信的 IPC 机制，在文件系统中存在实体文件（有路径和名称），但文件内容仅存于内存中。

2. 核心特性

• 继承无名管道的所有特性：半双工、不支持定位、阻塞 / 异常行为与无名管道一致。
• 额外特性：
  1. 文件系统可见：通过ls命令可看到 FIFO 文件（文件类型为p）。
  2. open 函数的阻塞特性：若只打开 FIFO 的读端或写端，open()会阻塞，直到另一端也被打开（可通过O_NONBLOCK设置非阻塞模式）。

3. 编程接口

（1）创建有名管道函数

#include <sys/stat.h> int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

• 功能：在指定路径下创建一个有名管道文件。
• 参数：
  • pathname：要创建的 FIFO 文件的路径 + 名称（如./myfifo）。
  • mode：FIFO 文件的权限（8 进制数，如0664，最终权限会受umask影响）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1（并设置errno，如文件已存在时errno为EEXIST）。

4. 编程步骤

1. 创建 FIFO 文件：调用mkfifo()创建有名管道（若已存在可跳过）。
2. 打开 FIFO 文件：进程通过open()函数打开 FIFO（指定O_RDONLY/O_WRONLY，可选O_NONBLOCK）。
3. 读写管道：通过read()/write()进行数据传输（与文件操作一致）。
4. 关闭管道：通信结束后，调用close()关闭文件描述符。
5. 卸载 FIFO：通过unlink()或rm命令删除文件系统中的 FIFO 实体文件（可选，若后续还需使用可保留）。

三、无名管道与有名管道的核心区别

特性	无名管道（Pipe）	有名管道（FIFO）
适用进程	仅有亲缘关系进程	任意单机进程
文件系统实体	无（仅内存中存在）	有（可见的 FIFO 文件）
创建方式	pipe()函数	mkfifo()函数
打开方式	继承描述符，无需 open	需调用open()函数