【Linux】进程间通信——匿名管道

絕刀狂花

发布时间：2025-06-19 15:52:20

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进程间通信的目的包括数据传输、资源共享、通知事件和进程控制。数据传输是指一个进程需要将数据发送给另一个进程；资源共享是指多个进程共享相同的资源；通知事件是指一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，告知发生了某种事件，如进程终止时通知父进程；进程控制是指某些进程希望完全控制另一个进程的执行，如Debug进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并及时了解其状态变化。

?由于进程具有独立性，不同进程间如何通信呢？进程间通信首先需要让不同的进程看到同一份资源（某种形式的内存空间）。由于进程具有独立性的特性，一个进程不能在另一个进程中操作某种资源，因此该资源的提供者不能是进程，只能是操作系统，这也是进程间通信的核心。

【Linux】进程间通信——匿名管道进程间通信有两类通信方案——本地通信和网络通信；本地通信指的是在同一台主机同一个操作系统下，不同进程间的通信；本文主要讨论本地通信，网络通信将在后续学习。

Linux进程间通信可以分为以下几种分类：

匿名管道（Pipe）：管道是一种半双工的通信机制，可以在同一个进程中的两个文件描述符之间传递数据。命名管道（Named Pipe）：命名管道也是一种半双工的通信机制，但可以在不同进程之间进行通信。信号（Signal）：信号是一种在进程之间传递简单消息的机制，主要用于进程之间的通知和同步。消息队列（Message Queue）：消息队列是一种通过消息传递进行通信的机制，可以在不同进程之间传递消息。共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种进程间通信的高效机制，多个进程可以通过映射同一块内存区域来实现数据的共享。信号量（Semaphore）：信号量是一种用于进程之间同步和互斥的机制，可以用来控制对共享资源的访问。套接字（Socket）：套接字是一种可以在不同主机之间进行进程间通信的机制，可以实现分布式系统间的通信。文件锁（File Lock）：文件锁是一种用于进程之间同步和互斥的机制，可以通过锁定文件来控制对共享资源的访问。根据具体的业务需求选择适合的进程间通信方式，每种通信方式都有其特点和适用场景。

管道是一种最简单的进程间通信方式，可以通过创建一个管道文件来实现两个进程之间的通信。读进程从管道中读取数据，写进程向管道中写入数据。管道只能在具有父子关系的进程之间使用。

父进程创建子进程后，子进程会拷贝父进程的task_struct，同样父进程在创建子进程之前打开了一个文件，子进程也会拷贝该文件的struct file，此时两个进程就指向同一个操作系统提供给该文件的内核缓冲区，所以就可以通过该文件的内核缓冲区进行通信了：

【Linux】进程间通信——匿名管道管道分为匿名管道pipe和命名管道。

在Linux中，匿名管道（anonymous pipe）是一种常用的进程间通信机制。它的原理与上图类似，是通过pipe系统调用来创建一个管道文件，该文件与上图文件不同，没有inode，也不需要写入磁盘，仅仅用来给父子进程间进行通信，可以说是一次性使用的，没有名字，所以称为匿名管道。

创建匿名管道的思路如下：

父进程调用系统调用创建管道：【Linux】进程间通信——匿名管道父进程创建子进程：如果父进程写入，子进程读取，那么就将父进程读取端关闭，子进程写入端关闭；如果父进程读取，子进程写入，那么就反之：管道的通信是单向的，即父进程或子进程不能对一个管道同时读和写，只能选择一个，父进程读，子进程就写；子进程读，父进程就写。

在Linux系统中，可以使用以下系统调用接口创建匿名管道：

#include 
int pipe(int pipefd[2]);

该函数会创建一个管道，并将相应的读取和写入文件描述符存储在pipefd数组中。pipefd[0]表示读取端文件描述符，pipefd[1]表示写入端文件描述符。

使用示例：

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#include 
#include 
int main() {
    int pipefd[2];
    int ret = pipe(pipefd);
if (ret == -1) {
    perror("pipe");
    return 1;
}

printf("读取端文件描述符：%d\n", pipefd[0]);
printf("写入端文件描述符：%d\n", pipefd[1]);

return 0;
}
运行以上程序，会输出管道的读取和写入端文件描述符。
以下是一个通过匿名管道简单实现进程间通信的代码：
#include
include
include
include 
include 
include 
//子进程写，父进程读
int main(){
//1.创建管道
int pipefd[2];
int n = pipe(pipefd);
if(n == -1)
{
std::cerr << "pipe error" << std::endl;
exit(1);
}
//2.创建子进程
pid_t pid = fork();
if(pid < 0)
{
std::cerr << "fork error" << std::endl;
exit(1);
}
else if(pid == 0)
{
//子进程
close(pipefd[0]); //关闭读取端
std::string message = "Hello from child!";
write(pipefd[1], message.c_str(), message.size());
close(pipefd[1]); //关闭写入端
exit(0);
}
else
{
//父进程
close(pipefd[1]); //关闭写入端
char buffer[1024];
int count = read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer) - 1);
if(count > 0)
{
buffer[count] = 0;
std::cout << "Message from child: " << buffer << std::endl;
}
close(pipefd[0]); //关闭读取端
}
return 0;
}
将该代码编译为可执行文件后运行结果如下：
在进程间通信时，可能会出现以下场景：
管道为空，read会阻塞管道为满，write会阻塞管道写端关闭，读端最终会读到0，表示已经读到文件结尾管道读端关闭，操作系统会直接杀掉写入的进程匿名管道特性：
面向字节流 只能通过具有血缘关系比如父子/兄弟的进程使用，常用于父子进程间通信 文件的生命周期随进程，管道也是 管道通信是单向的管道自带同步互斥等机制，也就是说管道在写的时候不能读取，读的时候不能写入