5.2 Linux 应用开发 进程(二)

一、管道通信（Pipe、FIFO）

1. 无名管道（Pipe）

（1）核心特性：

• 本质：一种特殊的文件，由队列实现，只能用pipe()函数创建，不能用open()打开；在文件系统中无文件名、无文件节点，因此叫“无名”管道。
• 适用场景：只能用于有亲缘关系的进程间通信（如父子进程），因为它没有文件系统节点，无法被其他进程打开。
• 半双工通信：同一时间只能单向传输数据，一端读、一端写。

（2）核心函数：

int pipe(int fd[2]);

// fd[2] 用于保存文件描述符：
// fd[0]：读管道（从管道读取数据）
// fd[1]：写管道（向管道写入数据）
// 返回值：创建成功返回0，创建失败返回-1。

（3）读写特性：

1) 读管道（read()）

• 管道中无数据时：

若管道写端被全部关闭：read()返回0（读到 EOF）；

若管道写端未全部关闭：read()阻塞等待，直到有数据写入。

• 管道中有数据时：read()返回实际读到的字节数。

2) 写管道（write()）

• 管道读端全部关闭：进程会异常终止（收到SIGPIPE信号）；
• 管道读端未全部关闭：

管道已满（默认大小64KB = 65536字节）：write()阻塞等待

管道未满：write()将数据写入，返回实际写入的字节数。

（4）补充说明：

• 无名管道本质是一段内存缓冲区（队列形式），数据读完后就会从管道中清除，无法重复读取。
• fd是两个文件描述符，子进程会继承父进程的文件描述符表；虽然父子进程的fd变量是分离的，但背后指向的文件（管道）是同一个。

（5）使用示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    int fd[2];  // fd[0]读端，fd[1]写端
    pid_t pid;
    char buf[1024];
    const char *msg = "Hello from parent process!";

    // 1. 创建无名管道
    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe create failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 2. 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 3. 子进程：从管道读数据
    if (pid == 0) {
        close(fd[1]);  // 子进程不需要写，关闭写端（必须！避免阻塞）
        
        // 读取管道数据
        ssize_t len = read(fd[0], buf, sizeof(buf)-1);
        if (len == -1) {
            perror("child read failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else if (len == 0) {
            printf("Child: pipe write end closed, no data\n");
        } else {
            buf[len] = '\0';
            printf("Child received: %s\n", buf);
        }

        close(fd[0]);  // 读完关闭读端
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    // 4. 父进程：向管道写数据
    else {
        close(fd[0]);  // 父进程不需要读，关闭读端（必须！）
        
        // 向管道写入数据
        ssize_t len = write(fd[1], msg, strlen(msg));
        if (len == -1) {
            perror("parent write failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        printf("Parent sent: %s\n", msg);

        close(fd[1]);  // 写完关闭写端，让子进程read不再阻塞
        wait(NULL);    // 等待子进程退出，避免僵尸进程
    }

    return 0;
}

2. 有名管道（FIFO）

（1）核心特性：

• 适用场景：支持非亲缘关系的进程间通信，因为创建的有名管道在文件系统中可见（是一个特殊的管道文件），可被任意进程通过文件名打开。
• 本质：是一个存在于文件系统中的特殊管道文件，数据实际存放在内存中，不占用磁盘空间。
• 半双工通信：同一时间只能单向传输数据。
• 其他特性：遵循先进先出（FIFO）原则；不支持lseek()文件定位（只能顺序读写）；支持标准文件 I/O 操作。

（2）核心函数：

int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);

// filename：要创建的有名管道文件的路径 / 名称
// mode：文件权限（如0666，需结合umask生效）
// 返回值：创建成功返回0，失败返回-1
// 作用：创建一个先进先出的特殊管道文件，只需在一个进程中创建，其他进程直接通过文件名正常读写即可。

（3）读写特性：

• 读端、写端的阻塞情况与无名管道（Pipe）完全一致：

读空且写端未关：读阻塞；读空且写端全关：read( ) 返回 0；

写满且读端未关：写阻塞；读端全关：写进程异常终止。

（4）使用示例：

// 写进程
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include