Linux 高级编程 - 无名管道 Pipe

Linux 进程间通信

当系统中有了多个进程时，进程之间的通信就显得格外必要了，进程就相当于现实世界中的人，人跟人之间的交流就相当与进程之间的通信了。Linux 的进程间通信（Inter Process Communication，IPC）主要有 7 种：
1. 无名管道 Pipe
2. 有名管道 Fifo
3. 信号 Signal
4. 消息队列 Message Queue
5. 共享内存 Share Memory
6. 信号量 Semphone
7. 套接字 Socket

这 7 种方式有各自的适用场合。在早期管道和信号是用于单机 IPC 的主要方式，在后来 AT&T 的贝尔实验室在那之上又拓展了一个 System V IPC，其中包含了共享内存，消息队列，信号量这 3 种方法。

之后 BSD（加州大学伯克利分校软件研发中心）开发了套接字用来进行网络通信，从这也可以得出网络通信其实就是不同机器之间的进程相互通信，本质上还是属于进程间的通信，只不过多了一个网络的桥梁而已。这就是整个 IPC 的发展过程，IPC 是 Linux 中的一个非常重要的模块，必须掌握这 7 种方式，这也是面试必问的东西。

这篇文章主要介绍第一种 IPC 的机制：无名管道 Pipe，并且会分析它在 Linux 内核的实现机制，废话不多说，赶紧上车…

什么是无名管道 Pipe？

shell 管道

管道是 UNIX 系统 IPC 的最古老的形式，所有的 UNIX 系统都提供管道机制，如果你使用过 shell 中的管道，应该不会默认，例如：

ps -aux | grep "xxx"

这个意思是将 ps -aux 的输出作为 grep xxx 的输入，通过管道可以将两个进程连接起来，功能非常强大，但是有名管道与 shell 的管道有些区别。

无名管道

有名管道具有下面 3 个特点：
1. 只能用于有亲缘关系（父子进程）的进程间通信
2. 半双工通信方式，具有固定的读写端
3. Pipe 被当作特殊文件来对待（Linux 下一切都是文件）

需要了解下半双工和全双工的区别：
1. 半双工：同一时刻，数据只能往一个方向传输
1. 全双工：同一时刻，数据可以往两个方向传输

有名管道是半双工的，每个时刻一个进程只能读取或者写入，即只能打开读端口或者写端口，不可同时打开。下面的图可以更好地解释在父子进程之间使用管道的模型：

这个模型中内核有一个管道的缓冲区，父进程将数据写入管道写端（fd[1]）