IPC（InterProcess Communication）的方式通常有管道（包括無名管道和命名管道）、消息隊列、信號量、共享存儲、Socket、Streams等。其中Socket和Stream支持不同主機上的兩個進程IPC。

1. 管道（Pipes）：管道是一種半雙工的通信方式，用于具有親緣關系的進程間通信。它通常用于父子進程或者兄弟進程之間。管道可以是匿名管道，也可以是命名管道。

2. 消息隊列（Message Queues）：消息隊列是一種通過消息傳遞進行通信的方式。發送方將消息發送到隊列中，接收方從隊列中接收消息。消息隊列可以實現進程間的異步通信。

3. 信號量（Semaphores）：信號量是一種計數器，用于控制對共享資源的訪問。它通常用于同步進程之間的操作，以避免競爭條件。

4. 共享內存（Shared Memory）：共享內存是一種允許多個進程訪問同一塊內存區域的方式。這種方式通常比較高效，但需要處理進程間的同步和互斥。

5. 套接字（Sockets）：套接字是一種網絡編程接口，不僅可以用于不同主機間的進程通信，也可以用于同一主機上的進程通信。套接字可以基于網絡協議（如TCP/IP）或本地協議（如UNIX域套接字）實現。

一、管道

管道（Pipes）是一種在Unix和類Unix系統中常見的進程間通信（IPC）機制，用于在具有親緣關系的進程之間傳遞數據。管道是一個單向通道，允許一個進程將輸出直接發送到另一個進程的輸入。它是一種半雙工通信方式，即數據只能單向流動，不能雙向傳輸。

類型

1. 匿名管道（Anonymous Pipes）：匿名管道是最簡單的管道形式，它只存在于內存中，并且通常用于父子進程之間的通信。在Unix系統中，可以使用pipe()系統調用創建匿名管道。

2. 命名管道（Named Pipes）：命名管道是一種具有持久性的管道，它以文件的形式存在于文件系統中，并允許無關進程之間進行通信。命名管道通常用于不具有親緣關系的進程之間的通信。

特點

• 單向通信：管道是單向的，數據只能沿著管道的方向流動，不能雙向傳輸。

• 半雙工：管道是半雙工的，即數據只能在一個方向上傳輸。如果需要雙向通信，通常需要創建兩個管道。

• FIFO（先進先出）：管道遵循FIFO的原則，即數據按照寫入的順序從管道中讀取出來。

使用

在Unix系統中，可以使用pipe()系統調用創建匿名管道，它返回兩個文件描述符，一個用于讀取，一個用于寫入。然后可以使用fork()創建一個新的進程，在父子進程之間共享管道，并使用dup2()系統調用將管道文件描述符重定向到標準輸入或標準輸出。接著，一個進程可以通過寫入管道的方式向另一個進程發送數據，另一個進程則可以通過讀取管道來接收數據。

示例

下面是一個簡單的C語言示例，演示了如何在父子進程之間使用匿名管道進行通信：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>int main()
{int fd[2];int pid;char buf[128];//創建管道if(pipe(fd) == -1) { printf("creat pipe failed\n");}//創建子進程pid = fork();if(pid < 0) {printf("creat child faild\n");} else if(pid > 0) {    //父進程printf("this is father\n");close(fd[0]); //關閉讀取端//向管道寫數據write(fd[1], "hello from father", strlen("hello from father"));wait(NULL);} else {printf("this is child\n");close(fd[1]); //關閉寫入端read(fd[0], buf, sizeof(buf));  //從管道讀數據printf("child print: %s\n", buf);exit(1);}return 0;
}

程序執行結果如下：?

?

命名管道（Named Pipes）的使用：

命名管道是一種具有持久性的管道，它以文件的形式存在于文件系統中，并允許無關進程之間進行通信。相比于匿名管道，命名管道允許不具有親緣關系的進程之間進行通信。

創建命名管道

在Unix/Linux系統中，可以使用mkfifo()函數創建命名管道。命名管道創建后，會在文件系統中生成一個特殊類型的文件，它可以像普通文件一樣被打開、讀取和寫入。

使用命名管道

使用命名管道和使用普通文件一樣，可以使用文件I/O操作來讀取和寫入數據。不同的是，命名管道的數據讀取和寫入是以先進先出（FIFO）的方式進行的，即寫入的數據按照寫入的順序從管道中讀取出來。

特點

• 命名管道是持久性的，創建后會一直存在于文件系統中，直到被顯式刪除。
• 允許不具有親緣關系的進程之間進行通信。
• 數據按照寫入的順序從管道中讀取出來，具有先進先出（FIFO）的特性。

?

示例

下面是一個簡單的C語言示例，演示了如何創建和使用命名管道：

先介紹一下mkfifo：mkfifo?是用于創建命名管道（FIFO）的系統調用。在 Unix 和類 Unix 系統中，命名管道以文件的形式存在，可以用于不同進程之間進行通信。

mkfifo 函數原型

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

參數

• pathname：要創建的命名管道的路徑。
• mode：管道的權限，類似于 open 或 chmod 中使用的權限位。常用權限包括 0666（表示管道文件可讀可寫）。

返回值

• 成功時返回 0。
• 失敗時返回 -1，并設置 errno 以指示錯誤。

?注意：

命名管道的讀寫操作是同步的，這意味著：

• 寫入進程會等待直到有讀取進程打開管道進行讀取。
• 讀取進程會等待直到有寫入進程向管道寫入數據。

這導致如果你先運行寫入程序而沒有相應的讀取程序在運行，寫入程序會阻塞，等待讀取程序打開管道讀取數據。同樣地，如果你先運行讀取程序而沒有寫入程序在運行，讀取程序會阻塞，等待寫入程序向管道寫入數據。

為了避免這個問題，可以按以下步驟運行程序：

1. 先運行讀取程序 reader，使其準備好從管道讀取數據。
2. 然后運行寫入程序 writer，向管道寫入數據。

writer.c (寫入程序)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>#define FIFO_FILE "/tmp/my_fifo"int main() {// 創建命名管道，權限模式為 0600if (mkfifo(FIFO_FILE, 0600) == -1) {perror("mkfifo failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 打開命名管道以寫入數據int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);if (fd == -1) {perror("open failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 寫入數據到命名管道const char *message = "Hello, Named Pipe!";write(fd, message, sizeof(message));// 關閉文件描述符close(fd);return 0;
}

reader.c (讀取程序)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>#define FIFO_FILE "/tmp/my_fifo"int main() {char buffer[BUFSIZ];// 打開命名管道以讀取數據int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);if (fd == -1) {perror("open failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 從命名管道讀取數據read(fd, buffer, sizeof(buffer));printf("Received: %s\n", buffer);// 關閉文件描述符close(fd);// 刪除命名管道文件unlink(FIFO_FILE);return 0;
}

程序運行結果：

?

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