C语言_Linux 进程间通信（IPC）机制详解

     在 Linux 系统中，进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）是实现不同进程间数据交换和同步的核心机制。本文将通过完整的客户端 - 服务器代码示例，详细解析每种 IPC 机制的实现原理和使用方法。

一、管道（Pipe）

介绍

管道是一种半双工的通信方式，数据只能在一个方向上流动，且只能在具有亲缘关系的进程间使用（如父子进程）。它基于内存缓冲区实现，是 Unix/Linux 系统中最基本的 IPC 机制。

使用场景

• 命令行中的管道操作（如ls | grep .txt）
• 父子进程间的简单数据传输
• 数据流处理（如生产者 - 消费者模型）

注意事项

• 单向性：数据只能从写端流向读端，若需双向通信需创建两个管道
• 阻塞特性：读 / 写操作可能阻塞，直到有数据可读 / 写空间可用
• 亲缘关系：只能用于具有共同祖先的进程

示例代码

// pipe_example.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 创建管道
    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe creation failed");
        return 1;
    }

    // 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        perror("fork failed");
        return 1;
    }

    if (pid > 0) {  // 父进程 (服务器)
        close(fd[1]);  // 关闭写端

        // 从管道读取数据
        ssize_t bytes_read = read(fd[0], buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytes_read > 0) {
            buffer[bytes_read] = '\0';
            printf("Server received: %s\n", buffer);
        }

        close(fd[0]);  // 关闭读端
    } else {  // 子进程 (客户端)
        close(fd[0]);  // 关闭读端

        const char *message = "Hello from client!";
        write(fd[1], message, strlen(message));  // 向管道写入数据

        close(fd[1]);  // 关闭写端
    }

    return 0;
}

代码解析

1. 管道创建：pipe(fd)创建一对文件描述符，fd[0]用于读，fd[1]用于写
2. 父子进程通信：
   • 父进程关闭写端 (fd[1])，通过read()接收数据
   • 子进程关闭读端 (fd[0])，通过write()发送数据
3. 资源管理：通信结束后需关闭所有文件描述符，管道随进程终止自动销毁

二、命名管道（FIFO）

介绍

命名管道（FIFO）是一种特殊类型的文件，它突破了普通管道的亲缘关系限制，允许无关进程间通信。FIFO 基于文件系统路径名来标识，数据在内存中缓存，但通过文件系统接口访问。

使用场景

• 无关进程间的数据流通信
• 客户端 - 服务器架构（如 Web 服务器与 CGI 脚本）
• 系统日志服务接收多个进程的日志消息

注意事项

• 文件依赖性：需手动创建和删除 FIFO 文件
• 同步问题：打开操作可能阻塞，直到有对应读 / 写操作
• 权限控制：需设置合适的文件权限（如0666）

示例代码

// fifo_server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define FIFO_NAME "myfifo"
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    int fd;

    // 创建命名管道（若不存在）
    if (mkfifo(FIFO_NAME, 0666) == -1) {
        perror("mkfifo failed");
        if (errno != EEXIST) return 1;
    }

    printf("Server waiting for client...\n");
    
    // 打开管道读取数据（阻塞直到有写者）
    fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    // 读取数据
    ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE);
    if (bytes_read > 0) {
        buffer[bytes_read] = '\0';
        printf("Server received: %s\n", buffer);
    }

    // 清理资源
    close(fd);
    unlink(FIFO_NAME);  // 删除命名管道

    return 0;
}

// fifo_client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#de