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一、为何需要进程间通信？
二、管道（Pipe）
1. 无名管道
2. 有名管道（FIFO）
三、信号（Signal）：异步事件通知
四、总结与选择
在嵌入式Linux和C语言开发中，多进程架构是常态。但进程之间空间独立，如何让它们高效对话、协同工作？这就是进程间通信（IPC）要解决的核心问题。本文将聚焦两种最直接、最常用的IPC方式：管道和信号，并通过实战代码带你掌握其本质。
一、为何需要进程间通信？
进程是操作系统资源分配的最小单元。每个进程拥有独立的0-4G虚拟地址空间，这意味着一个进程无法直接访问另一个进程的变量或内存。当不同进程需要传递数据（如采集进程向处理进程发送数据）或发送控制指令（如通知另一个进程开始或停止工作）时，就必须通过操作系统提供的IPC机制。这些机制本质上是内核开辟的、可供多个进程共同访问的中间区域或消息传递路径。
二、管道（Pipe）
管道是一种单向的、先进先出的数据流通道。它就像在两个进程之间连接了一根水管，数据从一端流入，从另一端流出。
1. 无名管道
无名管道用于具有亲缘关系（如父子进程、兄弟进程）的进程间通信。它在内核中创建，通过文件描述符（一个小的非负整数）来访问。
关键函数（需包含<unistd.h>）：
-
int pipe(int pipefd[2])：创建一个无名管道。
-
pipefd[0]：用于从管道读数据的文件描述符（读端）。
-
pipefd[1]：用于向管道写数据的文件描述符（写端）。
-
-
成功返回0，失败返回-1。
示例：父子进程通过无名管道通信
#include "head.h"
int main(void)
{
int pipefd[2] = {0};
pid_t pid;
ssize_t nret = 0;
int cnt = 0;
char tmpbuff[4096] = {0};
pipe(pipefd);
pid = fork();
if (-1 == pid)
{
perror("fail to fork");
return -1;
}
if (0 == pid)
{
close(pipefd[0]);
sleep(5);
write(pipefd[1], "hello world", 11);
printf("子进程写入成功\\n");
#if 0
while (1)
{
write(pipefd[1], tmpbuff, sizeof(tmpbuff));
cnt++;
printf("cnt = %d\\n", cnt);
}
#endif
}
else if (pid > 0)
{
close(pipefd[0]);
nret = read(pipefd[0], tmpbuff, sizeof(tmpbuff));
printf("nret = %ld, tmpbuff = %s\\n", nret, tmpbuff);
}
while (1)
{
}
close(pipefd[0]);
close(pipefd[1]);
return 0;
}
流程解析：父进程先创建管道，然后创建子进程。子进程会继承父进程打开的文件描述符，因此父子进程都持有同一管道的读写端。为了建立单向通道，双方分别关闭不需要的一端：父关读，子关写。父进程通过write向管道写入数据，子进程通过read从管道读出。
2. 有名管道（FIFO）
无名管道只能用于亲缘进程。有名管道通过在文件系统中创建一个特殊类型文件（FIFO文件）来实现，任何知道该文件名的进程都可以打开它进行通信。
关键函数（需包含<sys/types.h>、<sys/stat.h>）：
-
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode)：创建一个FIFO特殊文件（有名管道）。
-
pathname：创建的FIFO文件路径。
-
mode：文件权限（如0666）。
-
-
成功返回0，失败返回-1。
创建后，像操作普通文件一样使用open、read、write、close进行通信。
示例：两个独立进程通过有名管道通信
进程A（写端）: write_fifo.c
#include "head.h"
int main(void)
{
int frtow = 0;
int fwtor = 0;
char tmpbuff[4096] = {0};
ssize_t nret = 0;
mkfifo("/tmp/rtow", 0664);
mkfifo("/tmp/wtor", 0664);
frtow = open("/tmp/rtow", O_RDONLY);
if (-1 == frtow)
{
perror("fail to open");
return -1;
}
fwtor = open("/tmp/wtor", O_WRONLY);
if (-1 == frtow)
{
perror("fail to open");
return -1;
}
printf("写端：管道打开成功\\n");
while (1)
{
memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
gets(tmpbuff);
write(fwtor, tmpbuff, strlen(tmpbuff));
memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
nret = read(frtow, tmpbuff, sizeof(tmpbuff));
printf("接收内容:%s\\n", tmpbuff);
}
close(frtow);
close(fwtor);
return 0;
}
进程B（读端）: read_fifo.c
#include "head.h"
int main(void)
{
int frtow = 0;
int fwtor = 0;
char tmpbuff[4096] = {0};
ssize_t nret = 0;
mkfifo("/tmp/rtow", 0664);
mkfifo("/tmp/wtor", 0664);
frtow = open("/tmp/rtow", O_WRONLY);
if (-1 == frtow)
{
perror("fail to open");
return -1;
}
fwtor = open("/tmp/wtor", O_RDONLY);
if (-1 == frtow)
{
perror("fail to open");
return -1;
}
printf("读端：管道打开成功\\n");
while (1)
{
memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
nret = read(fwtor, tmpbuff, sizeof(tmpbuff));
printf("接收内容:%s\\n", tmpbuff);
memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
gets(tmpbuff);
write(frtow, tmpbuff, strlen(tmpbuff));
}
close(frtow);
close(fwtor);
return 0;
}
运行方法：先在一个终端运行./read（读端会阻塞等待写端打开），再在另一个终端运行./write。数据便从进程A传递到进程B,进程B再传递数据到进程A。
管道核心特性：
-
阻塞/同步：读空管道会阻塞，直到有数据写入；写满管道（内核缓冲区通常64K）会阻塞，直到有数据被读出。
-
字节流：管道不维护消息边界，读写的数据长度可能不匹配。
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生命周期：无名管道随进程结束而销毁；有名管道文件存在于文件系统，需手动删除。
三、信号（Signal）：异步事件通知
信号是进程间通信、进程与内核间通信的一种异步通知机制。它通知接收进程某个事件已经发生，类似于中断。
关键概念：
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信号来源：内核（如SIGSEGV-段错误）、其他进程（通过kill系统调用）、键盘（如Ctrl+C产生SIGINT）。
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信号处理方式：
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默认动作（缺省）：如SIGINT默认终止进程。
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忽略信号（IGN）：对信号不做任何处理（SIGKILL和SIGSTOP不可忽略）。
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捕捉信号：用户自定义一个函数（信号处理函数）来处理信号。
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常见信号：
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SIGINT(2): 中断信号，Ctrl+C产生。
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SIGQUIT(3): 退出信号，Ctrl+\\产生。
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SIGKILL(9): 强制终止信号，不可捕捉或忽略。
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SIGUSR1(10) / SIGUSR2(12): 用户自定义信号，常用于进程间简单通知。
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关键函数：
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void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);或更易读的typedef：为指定信号signum设置处理函数handler。
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int kill(pid_t pid, int sig);：向指定进程ID（pid）发送信号（sig）。
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int raise(int sig);：向进程自身发送信号。
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unsigned int alarm(unsigned int seconds);：设置一个定时器，seconds秒后向进程发送SIGALRM信号。
示例：父子进程通过信号通信
这个例子演示了典型的信号交互：父进程忽略SIGINT，捕捉SIGUSR2；子进程忽略SIGQUIT，捕捉SIGUSR1。父进程通过kill主动通知子进程，子进程处理后再反向通知父进程。
信号核心特性：
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异步性：信号可能在任何时刻到达。
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简单性：不携带复杂数据，只通知事件发生。较新的sigqueue函数可附带少量数据。
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不可靠性（传统信号）：信号可能丢失，且不支持排队。实时信号（SIGRTMIN~SIGRTMAX）解决了此问题。
四、总结与选择
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管道（无名/有名）：用于持续性的、流式的数据传递。无名管道简单高效，用于亲缘进程；有名管道更通用，可用于任意进程。选择它当你需要传递大量或连续的字节流数据。
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信号：用于事件通知或简单控制。开销极小，是异步控制进程行为的理想选择，例如命令另一个进程终止、暂停或执行特定回调。选择它当你只需要发送一个简单的“通知”，而不需要传递大量数据。
在复杂的嵌入式Linux系统中，管道常与信号结合使用：用信号通知对方“数据准备好了”或“管道已关闭”，用管道传递实际的数据负载。理解这两种基础且核心的IPC机制，是构建健壮多进程应用的基石。
