IPC方法
Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制成为进程间通信(IPC)。
在进程间完成数据传递需要借助操作系统提供特殊的方法，如：文件、管道、信号、共享内存、套接字、命名管道等。随着计算机的蓬勃发展，一些方法由于自身设计缺陷被淘汰或者弃用。现今常用的进程间通信方式有：
- 管道(使用最简单)
- 信号(开销最小)
- 共享映射区(无血缘关系)
- 本地套接字(最稳定)
管道
管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。管道特性如下：
- 管道本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)
- 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端
- 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出
管道的原理：管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。
管道的局限性：
- 数据自己读不能自己写
- 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取
- 由于管道采用半双工通信方式，因此，数据只能在一个方向上流动
- 只能在有公共祖先的进程间使用管道
常见的通信方式有：单工通信(广播)、半双工通信(微信发送语音)、全双工通信(电话)
pipe函数
创建管道
int pipe(int pipefd[2]);
成功返回0；失败返回-1，设置errno
pipe函数调用成功返回r/w两个文件描述符，无需open，但需手动close。规定：
fd[0]→r 读端
fd[1]→w 写端
就像0对应标准输入，1对应标准输出一样，向管道文件读写数据其实时在读写内核缓冲区。
管道创建成功以后，创建该管道的进程(父进程)同时掌握着管道的读端和写端，如何实现父子进程间通信呢？通常可以采用如下步骤：
1.父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fu[1]指向管道的读端和写端。
2.父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。
3.父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端，父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。
管道的读写行为
使用管道需要注意以下4种特殊情况(假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志)
- 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了(管道写端引用计数为0)，而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像督导文件末尾一样。
- 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭(管道写端引用计数大于0)，而持有管道写端的进程也没有向管道种写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道种剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道种有数据可读了才读取数据并返回。
- 如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了(管道读端引用计数为0)，这时有进程向管道的写端write，那么该进程会受到SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终止进程。
- 如果有指向管道读端的文件描述符没有关闭(管道读端引用技术大于0)，而持有管道读端的进程也没有从管道种读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。
总结：
①读管道：
1.管道中有数据，read返回实际读到的字节数。
2.管道中无数据：
(1)管道写端被全部关闭，read返回0(好像读到文件结尾)
(2)写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)
②写管道：
1.管道读端全部被关闭，进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)
2.管道读端没有全部关闭：
(1)管道已满，write阻塞。
(2)管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。
练习：使用管道实现父子进程间通信，完成：ls | wc -l。假设父进程实现ls，子进程实现wc。
ls命令正常会将结果集写出到stdout，但现在会写入管道的写端；wc -l正常应该从stdin读取数据，但此时会从管道的读端读。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int fd[2];
pipe(fd);
pid = fork();
if (pid == 0) {
//child
close(fd[1]); //子进程从管道中读数据，关闭写端
dup2(fd[0], STDIN_FILENO); //让wc从管道中读取数据
execlp("wc", "wc", "-l", NULL); //wc命令默认从标准读入取数据
} else {
close(fd[0]); //父进程向管道中写数据，关闭读端
dup2(fd[1], STDOUT_FILENO); //将ls的结果写入管道中
execlp("ls", "ls", NULL); //ls输出结果默认对应屏幕
}
return 0;
}
程序执行，发现程序执行结束，shell还在阻塞等待用户输入，这是因为，shell→fork→./pipe1，程序pipe1的子进程将stdin重定向给管道，父进程执行的ls会将结果集通过管道写给子进程，若父进程在子进程打印wc的结果到屏幕之前被shell调用wait回收，shell就会先输出$提示符。
练习：使用管道实现兄弟进程间通信。兄：ls 弟：wc -l 父：等待回收子进程。
要求：使用循环创建N个子进程模型创建兄弟进程，使用循环银子i标识
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int fd[2], i;
pipe(fd);
for (i = 0; i < 2; i++) {
if((pid = fork()) == 0) {
break;
}
}
if (i == 0) {
//兄
close(fd[0]); //写,关闭读端
dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
execlp("ls", "ls", NULL);
} else if (i == 1) {
//弟
close(fd[1]); //读，关闭写端
dup2(fd[0], STDIN_FILENO);
execlp("wc", "wc", "-l", NULL);
} else {
close(fd[0]);
close(fd[1]);
for(i = 0; i < 2; i++) //两个儿子wait两次
wait(NULL);
}
return 0;
}
测试：是否允许，一个pipe有一个写端，多个读端呢？是否允许有一个读端多个写端呢？
- 一个读多个写会hang住
- 一个写多个读会hang住
hang住，终止的意思
管道缓冲区大小
使用ulimit -a命令来查看当前系统中创建管道文件所对应的内核缓冲区大小。通常为：
管道的优劣
优点：
- 简单，相比信号，套接字实现进程间通信，简单很多。
缺点：
- 只能单向通信，双向通信需建立两个管道
- 只能用于父子、兄弟进程(有共同祖先)间通信。该问题后来使用fifo有名管道解决