Linux 系统编程进阶：IPC 进程间通信入门

一、什么是 IPC

IPC 是 Inter-Process Communication，也就是进程间通信。Linux 中每个进程默认有独立地址空间，一个进程不能直接访问另一个进程的内存。如果多个进程需要协作，就需要 IPC。

常见 IPC 方式：

管道 pipe。
命名管道 FIFO。
信号 signal。
共享内存 shared memory。
消息队列 message queue。
Unix Domain Socket。
TCP/UDP socket。

入门阶段重点掌握 pipe、FIFO、共享内存和 Unix Domain Socket。

二、匿名管道 pipe

匿名管道常用于父子进程之间通信。

特点：

单向通信。
只能用于有亲缘关系的进程。
数据按字节流传输。

示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    int fds[2];
    if (pipe(fds) < 0) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        close(fds[1]);
        char buf[128];
        ssize_t n = read(fds[0], buf, sizeof(buf) - 1);
        if (n > 0) {
            buf[n] = '\0';
            printf("child recv: %s\n", buf);
        }
        close(fds[0]);
        return 0;
    }

    close(fds[0]);
    const char *msg = "hello pipe";
    write(fds[1], msg, strlen(msg));
    close(fds[1]);
    wait(NULL);
    return 0;
}

三、命名管道 FIFO

FIFO 可以让没有亲缘关系的进程通信。

创建：

1	mkfifo /tmp/app.fifo

终端 1：

1	cat /tmp/app.fifo

终端 2：

1	echo "hello fifo" > /tmp/app.fifo

FIFO 常用于简单的命令传递和进程协作，但它不是复杂消息协议的最佳选择。

四、共享内存

共享内存允许多个进程映射同一块内存，速度快，但需要同步机制。

常见组合：

1	shared memory + semaphore / mutex

如果没有同步，多个进程同时读写会出现竞态问题。

共享内存适合：

大量数据交换。
图像帧缓存。
高频状态共享。
低延迟通信。

不适合：

简单命令传递。
需要强消息边界的场景。
不愿处理同步复杂度的场景。

五、Unix Domain Socket

Unix Domain Socket 是本机进程通信常用方式。

优点：

支持双向通信。
支持流式或数据报。
不经过网络协议栈完整路径，效率高。
可以用文件路径作为地址。

常见路径：

1 2	/tmp/app.sock /run/app/app.sock

适合：

本机服务和客户端通信。
后台 daemon 提供控制接口。
多进程架构内部通信。

六、Socket 和 FIFO 怎么选

简单规则：

父子进程单向通信：pipe。
临时命令传递：FIFO。
大块数据低延迟共享：shared memory。
本机客户端/服务端模型：Unix Domain Socket。
跨机器通信：TCP/UDP socket。

七、IPC 排错

查看 Unix socket：

ss -xl

查看进程打开的文件：

1	lsof -p <pid>

查看 FIFO：

1	ls -l /tmp/app.fifo

跟踪系统调用：

1	strace -e read,write,openat,connect,accept ./app

八、设计建议

IPC 设计时要先回答：

谁是服务端，谁是客户端？
通信是单向还是双向？
是否需要消息边界？
数据量大不大？
是否需要跨机器？
对延迟是否敏感？
进程异常退出后怎么清理资源？

不要一上来就选共享内存。共享内存性能好，但同步和生命周期管理更复杂。大多数本机控制接口用 Unix Domain Socket 会更稳。

九、总结

IPC 的本质是让多个独立进程协作。入门阶段不用一次掌握所有机制，先把 pipe、FIFO、Unix Domain Socket 的使用场景分清楚，再根据性能需求学习共享内存。