管道的优缺点

1. 什么是管道（Pipe）

管道是 Linux / Unix 进程间通信（IPC） 的一种方式，它提供了一个单向的数据通道，让一个进程的输出可以直接作为另一个进程的输入。

例如：

ls | grep ".cpp"

• ls 进程会把目录内容写到管道里

• grep 进程会从管道里读数据

• 管道在内核中实现，不会在磁盘上生成临时文件

---

2. 管道的类型

类型	系统调用	特点
匿名管道	pipe()	只能在有亲缘关系的进程之间通信（父子、兄弟）
命名管道（FIFO）	mkfifo()	没有亲缘关系的进程也能通信，文件系统中会有一个特殊文件
半双工	pipe()	默认是单向的，一端写，一端读
全双工	socketpair()	双向通信，管道的升级版

---

3. 管道的优点

管道是最常用的 IPC（进程间通信）机制之一，主要优点有：

3.1 简单易用

• 匿名管道只需一个 pipe(fd) 系统调用就能创建。

• 读写和文件操作一样：read() / write()。

• 在 Shell 里更简单，直接用 |。

例如：

int fd[2];
pipe(fd);
write(fd[1], "hello", 5);
char buf[10];
read(fd[0], buf, sizeof(buf));

---

3.2 高效

• 数据不落地，只在内核缓冲区传递。

• 不需要像文件那样写入磁盘再读出来，速度很快。

• 在父子进程间传递数据时，开销比 socket 更低。

---

3.3 进程同步的副作用

• 当管道写满时，写端会阻塞，直到另一端读走数据。

• 当管道为空时，读端会阻塞，直到有数据可读。

• 因此管道天然可以起到简单的同步机制。

---

3.4 非常适合流水线数据处理

比如：

cat access.log | grep "ERROR" | sort | uniq -c

• cat 把日志传给 grep

• grep 把匹配结果传给 sort

• sort 把结果传给 uniq

每个命令只处理自己的数据段，利用管道高效协作。

---

4. 管道的缺点

虽然简单，但管道的限制非常多，主要有：

---

4.1 只能在同一台主机上使用

• 管道是基于内核缓冲区的，不能跨主机通信。

• 如果需要不同设备间通信，就得用 Socket。

---

4.2 匿名管道必须有亲缘关系

pid_t pid = fork();
pipe(fd);

• 父进程和子进程可以通过 fd[0]、fd[1] 读写数据。

• 但如果两个完全无关的进程想通信，匿名管道不行，必须用命名管道 FIFO 或 Socket。

---

4.3 单向通信

• 一个 pipe() 只能单向传输：

  • fd[0] 专门读

  • fd[1] 专门写

• 如果需要双向通信，要么建两根管道，要么用 socketpair。

---

4.4 数据量有限

• 管道的缓冲区大小是有限的（Linux 默认 64KB）。

• 如果写端不停写，而读端处理不及时，就会阻塞。

$ cat /proc/sys/fs/pipe-max-size
1048576

虽然可以调整，但性能会受影响。

---

4.5 数据无格式，需自己解析

• 管道只是一段字节流，没有消息边界。

• 例如：

  write(fd[1], "abc", 3);
  write(fd[1], "xyz", 3);
  

  读端可能一次性收到 "abcxyz"，也可能分两次读到 "abc" 和 "xyz"。

• 如果需要消息边界，通常会选择 消息队列 或 Socket。

---

5. 管道与其他 IPC 的比较

特性	管道	FIFO	共享内存	消息队列	Socket
速度	较快	较快	最快	快	最慢
是否跨主机	×	×	×	×	√
是否阻塞	√	√	×	可选	可选
双向通信	×	×	√	√	√
数据结构	字节流	字节流	自定义	消息	自定义
使用复杂度	简单	中等	较复杂	中等	较复杂

如果只在父子进程之间传数据，管道最简单；
如果需要跨主机通信，必须用 Socket。

---

6. 总结

优点

• 简单易用，API 成本低

• 内核缓冲区，传输高效

• 天然支持阻塞，能起到同步作用

• 适合命令行流水线式数据处理

缺点

• 只能在同一台主机使用

• 匿名管道必须是父子或兄弟进程

• 单向通信，不支持全双工

• 数据量有限，写多了会阻塞

• 字节流无格式，应用层需要自己解析