【linux】进程间的通讯（一）

进程之间是相互独立的，这既是 Linux 稳定性高的重要原因，也带来了一个现实问题：进程之间怎么交换数据？这就是进程间通信（IPC）要解决的问题。

一、认识进程间通信

进程间通信指两个或多个进程之间在数据层面发生交互。因为进程具备独立性，各自拥有独立的虚拟地址空间，一个进程拿不到另一个进程的内存，所以通信成本天然偏高——必须付出额外的代价。

二、进程间通信的目标

• 本质：让不同的进程看到同一份“资源”，也就是同一块内存空间。
• 来源：这份资源通常由操作系统提供，不属于某一个进程独有，因此不会破坏进程的独立性。
• 路径：进程代表用户，资源从创建、使用到释放，全过程都是调用系统调用接口完成的。

三、进程间通信的发展与分类

一般操作系统都会有一个独立的通信模块，隶属于文件系统，IPC 通信模块会制定标准，所以进程间通信是有规范可循的。

1. 管道（文件级通信）

• 匿名管道 pipe
• 命名管道

2. System V IPC

• System V 消息队列
• System V 共享内存
• System V 信号量

3. POSIX IPC

• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 互斥量
• 条件变量
• 读写锁

四、管道：Unix 里最古老的 IPC 形式

把一个进程的输出连接到另一个进程输入的那股数据流，就叫“管道”。

1. 匿名管道 pipe

• 匿名管道本质上也是一个文件，只是缓冲区的数据不会刷新到磁盘上。
• 刻意设计成读写两端，是为了保证管道只能单向通信。

#include <unistd.h>

// 功能：创建一无名管道
// 原型：int pipe(int fd[2])
// fd：文件描述符数组，fd[0] 表示读端，fd[1] 表示写端
// 返回值：成功返回 0，失败返回错误码
int pipe(int fd[2]);

匿名管道适用的一前提是：参与通信的两个进程必须有血缘关系，比如父子、兄弟、爷孙，最常见的是父子进程。

2. 用 fork 共享管道的原理

子进程的 PCB 是从父进程拷贝来的。如果父进程一开始用 pipe() 创建了匿名管道并且只打开了读端，那么子进程本该只能拿到写端（这样才能保证单向通信）；但由于继承自父进程的写端，很容易导致单向失效。所以fork之后记得关掉多余的读写端。

int fd[2];
pipe(fd);

pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
    perror("fork");
} else if (pid == 0) {
    close(fd[0]);          // 子进程只写
    write(fd[1], buf, len);
    close(fd[1]);
} else {
    close(fd[1]);          // 父进程只读
    read(fd[0], buf, sizeof(buf));
    close(fd[0]);
}

3. 管道读写规则

1. 读写端都正常时，管道为空，读端会阻塞。
2. 读写端都正常时，管道被写满，写端会阻塞。
3. 读端正常读、写端关闭，读端会读到 0，表示读到了管道末尾，不会被阻塞。
4. 读端关闭、写端正常，内核会杀掉正在写入的进程（通过信号杀死）。

注意：管道大小是固定的，不同内核版本里大小会有所差异。

4. 管道的特点

• 只能用于有共同祖先的进程之间通信：通常由一个进程创建管道，再调用 fork，之后父子进程就能用这条管道通信。
• 管道提供流式服务，不保证消息边界。
• 进程退出，管道随之释放，所以管道的生命周期随进程。
• 内核会对管道操作做同步与互斥。
• 管道是半双工的，数据只能单向流动；双方都要通信时必须建立两条管道。

五、小结

匿名管道是学习 IPC 的第一站，它的核心价值是“借文件之名，做内存之实”。搞清楚 fd 的读写端、fork 之后的端口关闭、阻塞读写规则这三件事，后面学命名管道、共享内存、消息队列时会顺畅很多。

qidao123.com企服评测-应用市场 编辑提示