Linux进程通信：如何使用管道进行数据交换 - 问答

在Linux中，管道（pipe）是一种用于在不同进程之间传输数据的通信机制。管道可以分为匿名管道（unnamed pipe）和命名管道（named pipe，也称为FIFO）。这里我们将介绍如何使用匿名管道进行数据交换。

匿名管道是一种半双工的通信方式，只能在具有亲缘关系的进程之间使用（例如父子进程）。它使用内核缓冲区来存储数据，因此需要注意缓冲区的大小限制。

以下是使用匿名管道进行数据交换的基本步骤：

创建管道：使用pipe()系统调用创建一个管道。它会返回两个文件描述符，一个用于读取（fd[0]），另一个用于写入（fd[1]）。

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2]);

创建子进程：使用fork()系统调用创建一个子进程。fork()会返回两次，一次在父进程中，一次在子进程中。在子进程中，fork()返回0；在父进程中，fork()返回子进程的进程ID。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

关闭不需要的文件描述符：在父进程和子进程中，关闭不需要的文件描述符。例如，在父进程中关闭读取端（fd[0]），在子进程中关闭写入端（fd[1]）。

#include <unistd.h>

void close(int fd);

读写数据：使用read()和write()系统调用在管道中传输数据。

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

以下是一个简单的示例，展示了如何使用匿名管道在父子进程之间传输数据：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[128];

    // 创建管道
    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) { // 子进程
        close(fd[1]); // 关闭写入端

        // 从管道读取数据
        ssize_t bytes_read = read(fd[0], buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read > 0) {
            buffer[bytes_read] = '\0';
            printf("子进程收到数据: %s\n", buffer);
        }

        close(fd[0]);
    } else { // 父进程
        close(fd[0]); // 关闭读取端

        // 向管道写入数据
        const char *message = "Hello from parent!";
        ssize_t bytes_written = write(fd[1], message, strlen(message) + 1);
        if (bytes_written > 0) {
            printf("父进程发送数据: %s\n", message);
        }

        close(fd[1]);
    }

    return 0;
}

编译并运行此程序，您将看到父进程发送数据到子进程，子进程从管道接收并打印数据。

请注意，这个示例仅用于演示目的。在实际应用中，您可能需要处理错误情况、使用循环进行多次数据交换等。此外，如果需要在无亲缘关系的进程之间进行通信，可以考虑使用命名管道（FIFO）。

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