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【无标题】命名管道（Named Pipe）是一种在操作系统中用于进程间通信（IPC）的机制

news 2025/8/11 11:41:01

命名管道（Named Pipe）是一种在操作系统中用于进程间通信（IPC） 的机制，它允许不相关的进程（甚至不同用户的进程）通过一个可见的文件系统路径进行数据交换。与匿名管道（仅存在于内存，且只能用于父子进程间通信）不同，命名管道有一个持久化的文件系统入口，因此适用范围更广。

核心特性

文件系统可见性
命名管道在文件系统中以特殊文件的形式存在（类型为 p，可通过 ls -l 查看），路径通常由用户指定（如 /tmp/my_pipe）。进程通过打开该路径来连接管道。
双向或单向通信
支持半双工（默认，数据单向流动）或全双工（需特殊配置）通信，具体取决于打开方式（读/写模式）。
阻塞特性
- 若进程以只读模式打开管道，会阻塞直到另一个进程以写模式打开它。
- 若进程以只写模式打开管道，会阻塞直到另一个进程以读模式打开它。
- 读写操作也可能阻塞（如管道为空时读操作阻塞，管道满时写操作阻塞）。
跨进程通信
可用于任意进程间（包括无亲缘关系的进程、不同用户的进程，甚至跨网络的进程，如通过 NFS 共享的命名管道）。

命名管道的创建与使用（以 Linux 为例）

1. 命令行创建（mkfifo）

通过 mkfifo 命令可直接在文件系统中创建命名管道：

mkfifo /tmp/my_named_pipe  # 创建命名管道
ls -l /tmp/my_named_pipe   # 查看类型（显示为 p 开头）
# 输出示例：prw-r--r-- 1 user user 0 8月 10 10:00 /tmp/my_named_pipe

2. 编程创建（C 语言）

使用 mkfifo() 系统调用在程序中创建：

#include <sys/stat.h>  // 包含 mkfifo 声明int main() {const char *pipe_path = "/tmp/my_pipe";mode_t mode = 0666;  // 权限：允许读写// 创建命名管道，成功返回 0，失败返回 -1if (mkfifo(pipe_path, mode) == -1) {perror("mkfifo failed");return 1;}return 0;
}

进程通信示例（读写操作）

命名管道的通信流程通常是：一个进程写数据，另一个进程读数据，通过文件操作函数（open、read、write、close）实现。

写进程（发送数据）

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {const char *pipe_path = "/tmp/my_pipe";const char *msg = "Hello from writer!";// 以只写模式打开管道（O_WRONLY）int fd = open(pipe_path, O_WRONLY);if (fd == -1) {perror("open failed");return 1;}// 向管道写入数据write(fd, msg, strlen(msg));printf("Writer sent: %s\n", msg);close(fd);  // 关闭管道return 0;
}

读进程（接收数据）

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {const char *pipe_path = "/tmp/my_pipe";char buf[1024];ssize_t bytes_read;// 以只读模式打开管道（O_RDONLY）int fd = open(pipe_path, O_RDONLY);if (fd == -1) {perror("open failed");return 1;}// 从管道读取数据bytes_read = read(fd, buf, sizeof(buf)-1);if (bytes_read > 0) {buf[bytes_read] = '\0';  // 手动添加字符串结束符printf("Reader received: %s\n", buf);}close(fd);  // 关闭管道return 0;
}

运行方式：

先运行读进程（会阻塞等待写进程连接）。
再运行写进程（发送数据后，读进程会立即接收并输出）。

关键注意事项

管道生命周期
命名管道的文件系统入口在创建后会一直存在，直到被 unlink() 或 rm 命令删除。即使所有进程关闭管道，文件路径仍保留。
阻塞与非阻塞
默认情况下，open、read、write 操作会阻塞。若需非阻塞模式，可在 open 时添加 O_NONBLOCK 标志：
```
int fd = open(pipe_path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);  // 非阻塞读
```
数据传输特性
- 数据是流式的（无消息边界），读进程需自行处理数据分割（如约定换行符为结束标志）。
- 数据一旦被读取就会从管道中移除，不会像普通文件那样保留。
权限控制
创建时的 mode 参数（如 0666）会结合进程的 umask 确定最终权限，需确保通信进程有足够的读写权限。

与匿名管道的对比

特性	命名管道（Named Pipe）	匿名管道（Anonymous Pipe）
存在形式	文件系统中的特殊文件	内存中的文件描述符
通信范围	任意进程（包括无亲缘关系）	仅限父子/兄弟进程
创建方式	`mkfifo()` 或 `mkfifo` 命令	`pipe()` 系统调用
持久性	管道文件持久存在，直到删除	进程退出后自动销毁