Linux系统编程——进程间通信（管道）

进程间通信

Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。虽然不同的进程虚拟内核空间不同，但它们却共同映射到同一块物理内核空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）。

在进程间完成数据传递需要借助操作系统提供特殊的方法，如：文件、管道、信号、共享内存、消息队列、套接字、命名管道等。随着计算机的蓬勃发展，一些方法由于自身设计缺陷被淘汰或者弃用。现今常用的进程间通信方式有：

1. 管道 (使用最简单)
2. 信号 (开销最小)
3. 共享映射区 (无血缘关系)
4. 本地套接字 (最稳定)

管道

在Linux文件系统中，一共有7种文件类型，分别是：

• – 文件
• d 目录
• l 符号链接

以上文件类型占用磁盘存储

• s 套接字
• b 块设备
• c 字符设备
• p 管道

以上四种统称为伪文件类型，既它们并不是真正的文件，不占用磁盘存储。管道就是一种伪文件。
管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质：

1. 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)
2. 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。
3. 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。

管道的原理：管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。
管道的局限性：

1. 数据自己读不能自己写。
2. 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。
3. 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。
4. 只能在有公共祖先的进程间使用管道。

调用pipe系统函数即可创建一个管道。函数原型为：

int pipe(int pipefd[2]);

成功：返回0； 失败：返回-1，设置errno
函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0] → r； fd[1] → w。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。
由于管道是应用在有血缘关系的进程间，所以我们需要fork()一个子进程出来。现在我们假设父进程写数据，子进程读数据。管道并不是简单的像我们想象的那样，直接pipe一个管道，于是它的写端和读端会自动连接父进程和子进程。具体的操作步骤如图：

1. 父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。
2. 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。
3. 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。

实现代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buf[1024];


    int ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
    {
        perror("pipe error:");
        exit(1);
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1)
    {
        perror("fork error:");
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0)      //子进程 读数据
    {
        close(fd[1]);       //