进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是操作系统中一种机制，允许不同的进程之间交换信息和协调操作。在Linux系统中，有多种实现进程间通信的方式，包括管道、FIFO（有名管道）、消息队列、信号量和共享内存等。这里我们将主要讨论管道和FIFO这两种方法。
**管道（Pipe）**
管道是一种半双工（即数据只能在一个方向上传输）的通信方式，通常用于父子进程之间的通信。创建管道通常通过`pipe()`系统调用完成，它会返回两个文件描述符，一个用于读取（filedes[0]），另一个用于写入（filedes[1]）。在创建管道后，通过`fork()`创建父子进程。父子进程之间根据数据传输方向来决定关闭哪个端口。例如，如果数据从父进程流向子进程，父进程会关闭读端（fd[0]），子进程关闭写端（fd[1]）。
以下是一个简单的示例，展示了如何使用管道从父进程向子进程传递数据：
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main() {
int n, fd[2];
pid_t pid;
char line[PIPE_BUF];
if (pipe(fd) < 0) {
perror("pipe error");
exit(1);
}
if ((pid = fork()) < 0) {
perror("fork error");
exit(1);
} else if (pid > 0) { // Parent process
close(fd[0]);
write(fd[1], "hello world\n", 12);
} else { // Child process
close(fd[1]);
n = read(fd[0], line, PIPE_BUF);
write(STDOUT_FILENO, line, n);
}
exit(0);
}
```
在管道中，`PIPE_BUF`是一个常量，定义了内核中管道缓冲区的大小。当写入的字节数小于等于`PIPE_BUF`时，数据不会与其他进程的写操作交错。但如果多个进程同时写入管道，且某个进程写入的数据量超过`PIPE_BUF`，数据可能会交错。
**FIFO（有名管道）**
FIFO是另一种进程间通信的方式，与管道类似，但它可以在不相关（无血缘关系）的进程之间使用。FIFO实际上是一个特殊的文件类型，可以通过`mkfifo()`或`mknod()`系统调用来创建。FIFO的创建和操作类似于普通文件，可以使用`open()`, `close()`, `read()`, `write()`, `unlink()`等标准文件I/O函数。
创建FIFO的示例代码如下：
```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main() {
if (mkfifo("fifo_path", 0666) == -1 && errno != EEXIST) {
perror("mkfifo error");
return 1;
}
// ...
}
```
一旦FIFO创建成功，任何进程都可以打开并使用它进行通信。FIFO的一个特点是，当一个写端被关闭，所有数据被读取后，`read()`操作将返回0，表示文件结束。如果向一个已关闭的写端写入数据，系统将发送SIGPIPE信号。如果忽略这个信号或捕获并从处理程序中返回，`write()`将返回错误，设置`errno`为EPIPE。
管道和FIFO都是实现进程间通信的有效手段，它们在不同的场景下各有优势。管道适用于父子进程间简单、单向的数据传递，而FIFO则适用于不相关进程间双向通信。理解并熟练掌握这些通信机制，有助于在开发多进程应用时实现更高效、可靠的通信。
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