【进程间通信】是操作系统中一个重要的概念，它允许不同进程之间共享数据和协同工作。在Linux系统中，有多种进程间通信（IPC）的方法，其中包括管道和有名管道（FIFO）。本文主要讨论了这两种通信机制及其应用。
**管道概述**
管道是Unix系统中最早引入的IPC形式之一，其主要特性包括：
1. **半双工通信**：数据只能在一个方向上流动，若需要双向通信，需建立两个管道。
2. **亲缘关系限制**：管道通常用于有亲缘关系的进程间通信，如父子进程或兄弟进程。
3. **独立文件系统**：管道并不属于任何常规的文件系统，而是一种独立的文件系统，存在于内存中，且只读写一次。
4. **读写规则**：数据从管道的一端写入，另一端读出，写入的数据会被添加到缓冲区尾部，读取时则从头部开始。
**API应用**
管道的创建通过`pipe()`函数实现，如下所示：
```c
#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);
```
创建管道后，`fd[0]`代表读端，`fd[1]`代表写端。试图反向操作（读写端口）会导致错误。
**管道读写规则**
- **读取数据**：
- 如果写端已关闭，读操作将返回0，表示已到达数据末尾。
- 如果请求的字节数大于`PIPE_BUF`（定义在`<linux/limits.h>`中），返回当前管道中的数据字节数。
- 若请求字节数小于等于`PIPE_BUF`，则返回管道中实际的或请求的字节数。
**有名管道（FIFO）**
有名管道克服了普通管道没有名字的限制，使得无亲缘关系的进程间也能进行通信。FIFO在文件系统中有一个名称，可以被多个进程打开。创建有名管道可以使用`mkfifo()`函数。
**验证读写规则**
下面是一个简单的C程序示例，演示了管道的读写规则。父进程写入数据，子进程尝试读取。子进程在父进程写入数据之前会等待一段时间，确保管道的写端已经关闭，这样读取操作就会返回0，表示已读到数据末尾。
```c
/************** * readtest.c * **************/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
int main() {
int pipe_fd[2];
pid_t pid;
char r_buf[100];
char w_buf[4];
char* p_wbuf;
int r_num;
int cmd;
memset(r_buf, 0, sizeof(r_buf));
memset(w_buf, 0, sizeof(r_buf));
p_wbuf = w_buf;
if (pipe(pipe_fd) < 0) {
printf("pipe create error\n");
return -1;
}
if ((pid = fork()) == 0) {
// 子进程代码
close(pipe_fd[1]);
sleep(3);
r_num = read(pipe_fd[0], r_buf, 100);
printf("read num is %d the data read from the pipe is %d\n", r_num, atoi(r_buf));
close(pipe_fd[0]);
exit(0);
} else if (pid > 0) {
// 父进程代码
close(pipe_fd[0]);
strcpy(w_buf, "111");
if (write(pipe_fd[1], w_buf, 4) != -1)
printf("parent write over\n");
close(pipe_fd[1]);
printf("parent close fd[1] over\n");
sleep(10);
}
}
```
在这个例子中，子进程首先关闭写端`pipe_fd[1]`，然后等待3秒。父进程在这段时间内写入数据"111"，然后关闭写端。由于子进程在读取时写端已关闭，所以读操作返回0，表明数据已读完。
总结来说，理解管道和有名管道的特性和使用规则对于在Linux环境下编写多进程通信的程序至关重要。通过这些基础，开发者可以构建更复杂、更灵活的进程间通信方案，如使用套接字、消息队列、共享内存等其他IPC工具。
