在UNIX和Linux操作系统中，进程间通信（IPC - Interprocess Communication）是实现多个并发执行的进程之间交换数据的重要机制。这种通信方式允许不同进程协同工作，共同完成复杂的任务。本讲义主要涵盖了IPC的概述、类型、持续性，以及重点讨论了管道（Pipe）这一常见的IPC形式。
1. IPC概述：
IPC主要指的是一些特定的机制，让运行在同一操作系统上的不同进程能够相互通信。这些机制包括管道、消息队列、共享内存等。在某些情况下，IPC也涉及跨主机进程间的消息传递，如套接字（Socket）和远程过程调用（RPC）。
1.1 IPC的类型：
- 消息传递：如管道、FIFO（命名管道）、消息队列
- 同步：包括互斥锁、条件变量、读写锁、文件与记录锁、信号灯
- 共享内存区：匿名共享内存和有名共享内存
- 远程过程调用：如Solaris门和SUN RPC
1.2 IPC对象的持续性：
- 随进程持续：如管道、FIFO，持续到最后一个使用它的进程关闭
- 随内核持续：如System V消息队列、信号灯、共享内存，直到内核重启或显式删除
- 随文件系统持续：如Posix消息队列、信号灯、共享内存，即使内核重启，仍保持其值
2. 管道：
2.1.1 管道特性：
- 管道是最早的UNIX IPC形式之一，所有UNIX系统都支持
- 半双工，只能单向传输，全双工通信需两个管道或使用socketpair()
- 通常用于具有亲缘关系（父子进程或兄弟进程）的进程间通信
- S_ISFIFO()宏检查文件是否为管道或FIFO
- 无文件定位操作，如lseek()
2.1.2 管道创建与使用：
- 管道通过描述字fd[0]（读端）和fd[1]（写端）表示
- 不能反向操作，即不能从写端读或向读端写
- 使用标准I/O函数如close(), read(), write()等操作管道
- 创建管道通常通过系统调用pipe()
2.3 管道的读写规则：
- 读取：若写端不存在，读函数返回0；若写端存在，根据请求的字节数和管道中的实际数据决定读取量
- 写入：非原子性，一旦有空间立即尝试写入，若读端不存在，进程会收到SIGPIPE信号
管道的限制在于其半双工性质和有限的缓冲区大小（通常为PIPE_BUF字节），因此在多进程协作时，可能需要其他更复杂的IPC机制，如消息队列或共享内存，以实现更灵活的数据交换和同步。理解并熟练掌握这些机制对于进行高效、可靠的多进程程序设计至关重要。学习UNIX/Linux IPC不仅有助于开发者更好地理解操作系统的工作原理，还能提升他们在系统级编程领域的专业能力。
