【linux】 Linux 匿名管道：从 pipe 调用到通信测试（可运行代码 + 原理剖析）
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文章目录
为什么要通信
- 数据传输：进程间传递信息
- 资源共享：多个进程共用一份资源
- 通知事件：一个进程告知另一个进程发生了特定事件
- 进程控制：管理其他进程的运行状态
怎么通信
- 进程间通信的本质：让不同进程先“看到”同一份资源，有了这个基础才能通信。
- 这份“内存”不能由任何进程自己提供，必须由操作系统分配——我们通过系统调用来操作这份内存，同时还要约定好通信的标准。
- 写代码前，得先定好通信的“规矩”（标准）。
- 关于“标准”：
- 制定标准往往需要竞争：某个公司在技术上形成绝对领先，才能让其他公司认可并遵循。
- 新技术一定会催生新的行业形态。
- 从内卷、跟风到全员遵循，最终形成统一标准。
- 关于“标准”：
什么是通信
概念：
进程间通信，简单说就是运行在同一台或不同计算机上的多个进程，进行数据交换的技术。
每个进程都有自己的地址空间，无法进行彼此间的访问，我们借助一个机制来实现他们间的访问就叫做通信
这里我们只是提及一下具体通信概念，并不深入，后续网络部分会细讲这两个通信方式
- 具体通信方式
- 基于文件的：管道通信
- System V：本机内进程通信
匿名管道（基于血缘关系的通信）
背景：
我们把视角拉到通信的起源，当时各个工程师只是界定好了进程的概念，但是他们遇到一个棘手的事情，这些进程只能各自运行各自的，两个进程之间无法进行数据沟通，首先关注的进程就是父子进程之间的通信，经过机制的设计和商讨，诞生了匿名管道机制
- 早期的进程通信多基于文件，管道就是其中一种。
- 管道结构示意图：
- 匿名管道：主要用于父子进程间的通信和具有血缘关系的进程之间的通信，看下方的结构图，我们知道，子进程是以父进程为模板进行运行的，大部分的数据和代码拷贝于父进程。
- 父进程的mm_struct中有一块指针指向fd_array文件描述符表，从下标3开始每一块磁盘文件都有着自己的struct_file统一在fd_array中进行管理。
- 子进程的fd_array文件描述表都拷贝于父进程的，但是在文件管理中的文件内容不需要进行拷贝。
- 父子进程的文件描述表（记录打开文件信息的表）是相同的，它们共享同一个文件结构体（struct file）。
- 我们把让不同进程“看到”同一份资源的载体，称为管道。
- 虚拟示意图（注意：缓冲区不算管道本身）：
- 管道是内存级的，和磁盘没有关系。不存在于磁盘当中
原理
- 匿名管道通常用于父子进程的单向通信。
- 我们对匿名管道进行讲解：
- 父进程创建管道，同时接入读写端
- fork出子进程，也接入子进程的读写端
- 根据需要关闭父子进程的读写端
- 创建管道
- 父子进程同时“接入”管道
- 关闭不需要的读写端
- 管道是操作系统单独设计的（可复用代码），通过专门的系统调用
pipe创建（pipe是输出型参数）。
在管道中我们就可以实现两者的交互，这就好比讲话的例子，一个人输出，一个人输入才能时间交互。管道就相当于空气—传播渠道
通信步骤：
匿名管道没有路径和文件名，只存在于内存中，因此称为“匿名”。
- 如何保证两个进程打开的是同一个管道？
子进程会继承父进程的文件描述符表，因此能共享同一个管道。
代码测试
核心目标：让不同进程（这里是父子进程）看到同一份资源（管道）。
先看一个简单的测试：创建管道后，打印管道的读写端文件描述符。
#include<iostream>#include<unistd.h>intmain(){int fds[2]={0};int n =pipe(fds);if(n <0){ std::cerr <<"pipe error"<< std::endl;return1;} std::cout <<"fds[0]: "<< fds[0]<< std::endl; std::cout <<"fds[1]: "<< fds[1]<< std::endl;return0;}预期结果：父进程和子进程打印的文件描述符都是3（读端）和4（写端）。
实际运行结果：
说明父子进程确实共享了同一个管道的文件描述符。
通信测试：子写父读
步骤解析：
- 创建管道：用
pipe函数，得到fds[0]（读端）和fds[1]（写端）。 - 创建子进程：用
fork，子进程继承父进程的文件描述符表。 - 关闭不需要的端：父进程关闭写端（
fds[1]），子进程关闭读端（fds[0]）（管道是文件，不用的端要及时关闭，避免资源浪费）。
代码示例（核心逻辑）：
#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<string.h>intmain(){int fds[2];// 1. 创建管道if(pipe(fds)<0){perror("pipe error");return1;}// 2. 创建子进程pid_t pid =fork();if(pid <0){perror("fork error");return1;}if(pid ==0){// 子进程：写数据// 关闭读端（子进程只写）close(fds[0]);char buf[128];snprintf(buf,sizeof(buf),"hello, father! I'm child, pid: %d",getpid());// 系统调用write不会自动加\0，需要确保数据长度正确write(fds[1], buf,strlen(buf));close(fds[1]);// 写完关闭写端}else{// 父进程：读数据// 关闭写端（父进程只读）close(fds[1]);char buf[128]={0};// 初始化，方便后续打印时自动识别字符串结尾ssize_t n =read(fds[0], buf,sizeof(buf)-1);// 留一个位置给\0if(n >0){ buf[n]='\0';// 手动加\0，确保字符串完整printf("father read: %s\n", buf);}close(fds[0]);// 读完关闭读端}return0;}注意点：
- C语言的
sizeof计算字符串长度时会包含\0，但系统调用（如write、read）不会自动处理\0，需要手动添加。 - 运行结果：
- 子进程写入的数据，父进程成功读取：
