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进程间通信（IPC）

news 2025/7/1 21:27:08

进程间通信（IPC）是操作系统中非常重要且基础的概念，涉及到不同进程之间如何交换数据和同步操作。下面我会一个一个地详细讲解这几种常见的IPC方式：管道（包含匿名管道和有名管道）、消息队列、共享内存、信号量、Socket通信，内容尽量用通俗易懂的语言，并结合具体原理、优缺点、使用场景及简要示例说明。

一、进程间通信（IPC）是什么？

**进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）**指的是让运行在操作系统上的不同进程之间能够交换数据、通知对方、协调动作的技术或机制。

操作系统中的进程通常是相互独立、拥有自己私有的地址空间的，不同进程间不能直接访问对方的内存空间。所以需要通过操作系统提供的IPC机制，让进程们“聊聊天”、“传数据”，做到协同工作。

IPC的应用非常广泛，比如：

web服务器的多进程之间交换请求信息
生产者消费者模型进程协调共享资源
client-server模式下客户端和服务端进程交互

二、管道（Pipe）

1. 管道基本概念

管道（Pipe） 是最早的进程间通信机制之一。它是一种半双工通信方式（数据只能单方向流动），提供了一个缓冲区，实现一个进程写入，另一个进程读取。

管道本质上是内核中的一个缓冲区，两个进程通过读写这个缓冲区交换数据。

2. 匿名管道（Anonymous Pipe）

特点：
- 只能用于有亲缘关系的进程之间，通常父子进程
- 管道的两端表现为文件描述符：一个写端，一个读端
- 是半双工的（单向通信）
使用场景：
- 父子/兄弟进程简单数据传递，比如shell中的命令管道ls | grep "txt"
创建方式：
- 在Unix/Linux系统，调用 pipe(int pipefd[2]) 创建匿名管道
- 返回两个文件描述符：pipefd[0]用于读，pipefd[1]用于写

示例：

int pipefd[2];
pipe(pipefd); // 创建管道pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {// 子进程：关闭读端，写数据close(pipefd[0]);write(pipefd[1], "Hello Parent", 12);close(pipefd[1]);
} else {// 父进程：关闭写端，读数据close(pipefd[1]);char buf[100];int n = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));buf[n] = '\0';printf("Received from child: %s\n", buf);close(pipefd[0]);
}

3. 有名管道（FIFO，Named Pipe）

特点：
- 管道有名字存在文件系统中，路径类似 /tmp/myfifo
- 可以实现任意两个进程间通信，无需亲缘关系
- 依旧是单向的（同一管道路径读写不可逆，为双向则需要两个FIFO）
创建方式：
- 使用 mkfifo() 系统调用创建
- 使用时如普通文件打开读写即可
示例：
创建有