進程間通信（IPC Interprocess Communication）

進程和進程之間的通信只能通過內核，在內核中提供一塊緩沖區進行通信。內核提供的這種機制叫做IPC
在進程間完成數據傳輸需要借助操作系統提供的特殊方法，如：文件（開銷較大，穩定性低）、管道（使用簡單）、信號（開銷最小）、共享內存（共享映射區，可以完成沒有血緣關系的進程之間的　通信）、消息隊列、本地套接字（復雜，較難，最穩定）、命名管道等。

管道

進程的內存在虛擬內存上互不相關，但是有血緣關系的進程在物理內存上，進程的內核區在同一片區域。離得很近。

管道是一種最基本的IPC機制。作用于有血緣關系的進程之間，完成數據傳遞。

特征：

• 本質是一個偽文件（實際上是內核緩沖區）
  Linux操作系統中實際上有七中數據類型（-,d,l,s,b,p,c）,其中只有文件、目錄和符號鏈接占用磁盤空間，符號鏈接當路徑不是非常長的時候保存在inode中，其他類型都是偽文件，不占用實際存儲空間
• 由兩個文件描述符引用，一個一個表示讀端，一個表示寫端
• 規定數據從管道的寫端流入管道，從讀端讀出數據。
  原理：管道實際上是內核使用環形隊列機制，借助內核緩沖區（4K）實現，即一般是八個扇區
  圓形的磁盤被劃分為多個扇區，每個扇區512字節。一個文件最少占用一個扇區。

因為是由隊列實現的，所以我們不能進行多次讀取，而且只能是固定方向傳送文件。

局限性：

• 數據不能同時讀寫
• 數據一旦讀走便不在管道中存在，不可重讀讀取數據
• 數據采用半雙工通信方式（數據只能在一個方向流動的通信方式，還有雙向全雙工、雙向半雙工、單工通信）
• 只能在有公共祖先的進程（有血緣關系的進程）間使用管道

pipe函數

頭文件：#include<unistd.h>
函數聲明：int pipe(int pipefd[2]);
規定fd[0]讀,fd[1]寫
返回值：成功返回0，失敗返回-1,同時設置erron
為了保證管道的單向流動性需要在進程中關閉一部分文件描述符。
從管道中讀取數據時當管道中沒有數據將會自動阻塞，直到有數據寫入。

讀管道：

• 如果管道中有數據，則read返回實際讀到的字節數
• 如果管道中沒有數據，若寫端關閉，read返回0，如果仍有寫端打開，則阻塞等待寫入。

寫管道：

• 如果讀端全關閉，則進程異常終止（SIGPIPE信號）
• 如果讀端打開，若管道未滿，則寫入數據，返回寫入字節數。若管道已滿，則阻塞（這種情況很少出現）。

當寫進程向管道中寫入時，它利用標準的庫函數write()，系統根據庫函數傳遞的文件描述符，可找到該文件的 file 結構。file 結構中指定了用來進行寫操作的函數（即寫入函數）地址，于是，內核調用該函數完成寫操作。寫入函數在向內存中寫入數據之前，必須首先檢查 VFS 索引節點中的信息，同時滿足如下條件時，才能進行實際的內存復制工作：
1.內存中有足夠的空間可容納所有要寫入的數據；
2.內存沒有被讀程序鎖定。
如果同時滿足上述條件，寫入函數首先鎖定內存，然后從寫進程的地址空間中復制數據到內存。否則，寫入進程就休眠在 VFS 索 引節點的等待隊列中，接下來，內核將調用調度程序，而調度程序會選擇其他進程運行。寫入進程實際處于可中斷的等待狀態，當內存中有足夠的空間可以容納寫入 數據，或內存被解鎖時，讀取進程會喚醒寫入進程，這時，寫入進程將接收到信號。當數據寫入內存之后，內存被解鎖，而所有休眠在索引節點的讀取進程會被喚醒。
管道的讀取過程和寫入過程類似。但是，進程可以在沒有數據或內存被鎖定時立即返回錯誤信息，而不是阻塞該進程，這依賴于文件或管道的打開模式。反之，進程可 以休眠在索引節點的等待隊列中等待寫入進程寫入數據。當所有的進程完成了管道操作之后，管道的索引節點被丟棄，而共享數據頁也被釋放。
參考博客 linux管道詳解

獲取管道緩沖區的大小：ulimit -a

優點：實現手段簡單
缺點：單向通信、只有血緣關系進程間使用