IPC（InterProcess Communication，进程间通信）是进程中的重要概念。Linux 进程之间常用的通信方式有：
- 文件：简单，低效，需要代码控制同步
- 管道：使用简单，默认阻塞
- 匿名管道 pipe：只存在于内核缓冲区，只能用于有血缘关系的进程
- 有名管道 FIFO：在文件系统中存在，可用于无血缘关系的进程
- 信号量：使用复杂，但开销小，操作系统本身支持信号量
- 内存映射区 mmap：进程有无血缘关系都可以
- 本地套接字 socket：稳定可靠
管道概念
通过管道，可以把一个进程的输出作为另一个进程的输入。管道分为两种：
- 匿名管道：主要用于两个进程间有父子关系的进程间通信
- 命名管道：主要用于没有父子关系的进程间通信
通常用的管道，都是匿名管道。管道实际上是一块内核缓冲区，不占用磁盘空间，但操作方式跟文件是一样的。
在 Linux 的命令行终端中，管道是再常用不过的命令技巧了。通过管道可以把前一个命令的输出作为后一个命令的输入。在 Linux 命令中通常通过符号 | 来使用管道。
例如，查看所有的进程，然后按关键字过滤：
ps aux | grep mysql
匿名管道
匿名管道是不能在文件系统中以任何方式看到的半双工管道，不占磁盘空间。管道的特点有：
- 一端只读或只写。读端、写端分别是一个文件描述符
- 操作管道的进程退出后，管道自动释放
- 管道默认是阻塞的
- 半双工，数据在管道内只能单向传输
匿名管道无法判断消息是否被读完，通常仅用于父进程向子进程传递数据，或子进程向父进程传递数据。此时可以在父子进程中关闭不用的读或写端。
管道是基于环形队列这个数据结构实现的，数据先进先出。默认的缓冲区大小是 4 KB，大小会自动调整。
- 单工：数据单向流动，例如遥控器
- 双工：数据可以同时双向流动，例如手机
- 半双工：数据可以双向流动，但不可同时双向流动，例如对讲机
pipe 函数
pipe() 函数用于创建匿名管道。.
函数原型：
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);
参数：返回文件描述符数组，对应管道的两端，往写端写的数据会被内核缓存起来，直到读端将数据读完。其中：
- pipefd[0]：读端
- pipefd[1]：写端
返回值：成功返回 0，否则返回-1。
示例：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int fd[2];
int ret, pid;
char buf;
ret = pipe(fd);
if (ret == -1)
{
perror("pipe error");
exit(1);
}
pid = fork();
if (pid == 0)
{
close(fd[1]);
while(read(fd[0], &buf, 1) > 0)
{
// 两种方式都可以实现输出
printf("%c\n", buf);
write(STDOUT_FILENO, &buf, 1);
}
close(fd[0]);
}
else if (pid > 0)
{
close(fd[0]);
write(fd[1], "hello world", 12);
close(fd[1]);
wait(NULL);
}
else
{
perror("fork error");
exit(1);
}
close(fd[0]);
close(fd[1]);
return 0;
}
命名管道
命名管道也叫 FIFO 文件，在文件系统中以文件名的形式存在，大小为0。匿名管道无法在无关进程之间通信，但 FIFO 可以借助文件系统中的文件，使得同一主机内的所有的进程都可以通信。
进程通过 FIFO 通信时，首先要打开管道文件，然后使用 read 、write 函数通信。
mkfifo 函数
函数原型：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
参数：
- pathname：指定文件名
- mode：指定文件的读写权限
返回值：
函数成功返回 0，否则返回-1 并设置 errno，常见 errno 有：
- EACCES：pathname 所在的目录不允许执行权限
- EEXIST：pathname 已经存在
- ENOENT：目录部分不存在
- ENOTDIR：目录部分不一个目录
- EROFS：路径指向一个只读的文件系统
示例：
创建两个进程，一个将文件内容读到 FIFO，另一个从 FIFO 读内容写到另一个文件。
写 FIFO 的文件示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#define BUFSIZE 1024
int main(int argc, char *argv[]){
int ret;
int datafd, fifofd;
int bytes;
char buffer[BUFSIZE];
const char *fifoname = "/tmp/fifo";
if (argc != 2) {
printf("please input filename\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (access(fifoname, F_OK) < 0) {
ret = mkfifo(fifoname, 0777);
if (ret < 0) {
perror("mkfifo error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
fifofd = open(fifoname, O_WRONLY);
datafd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (fifofd < 0) {
perror("open fifo error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (datafd < 0) {
perror("open file error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
bytes = read(datafd, buffer, BUFSIZE);
while (bytes > 0) {
ret = write(fifofd, buffer, bytes);
if (ret < 0) {
perror("write fifo error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
bytes = read(datafd, buffer, BUFSIZE);
}
close(fifofd);
close(datafd);
return 0;
}
读 FIFO 的文件示例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#define BUFSIZE 1024
int main(int argc, char *argv[]) {
char *fifoname = "/tmp/fifo";
int fifofd, datafd;
int bytes, ret;
char buffer[BUFSIZE];
if (argc != 2) {
printf("please input a filename");
exit(EXIT_FAILURE);
}
fifofd = open(fifoname, O_RDONLY);
datafd = open(argv[1], O_WRONLY);
if (fifofd < 0) {
perror("open fifo error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (datafd < 0) {
perror("open file error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
bytes = read(fifofd, buffer, BUFSIZE);
while(bytes > 0) {
ret = write(datafd, buffer, bytes);
if (ret < 0) {
perror("write file error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
bytes = read(fifofd, buffer, BUFSIZE);
}
close(datafd);
close(fifofd);
return 0;
}