2、无名管道（Pipe）：pipe()函数详解、父子进程通信实战、管道读写规则与阻塞特性、管道容量（PIPE_BUF）分析
管道，说白了就是进程间的一条数据通道。我刚开始学的时候，觉得它特别像现实中的水管——一头进水，一头出水。只不过这里流的是字节流，不是水。
无名管道是最基础的IPC方式。它只能在有亲缘关系的进程间使用，比如父子进程。为什么？因为管道没有名字，进程得通过继承文件描述符才能访问它。嗯，这个限制其实挺大的，但胜在简单。
2.1 pipe() 函数详解
创建管道就一个函数：pipe()。原型长这样：
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);参数是一个包含两个整数的数组。调用成功后：
pipefd[0]是读端，用来从管道里取数据pipefd[1]是写端，用来往管道里塞数据
返回0表示成功，-1表示失败。失败原因通常是系统资源不够了，比如文件描述符用完了。
核心要点：管道是半双工的。数据只能从写端流向读端。如果你想双向通信，得创建两个管道。
我记得有一次，同事问我为什么管道不能像socket那样全双工。其实设计就是这么定的，半双工实现简单，开销也小。你想想看，父子进程通信的场景，大多数时候就是父进程发指令、子进程回报结果，一个方向就够了。
2.2 父子进程通信实战
来，我们写个完整的例子。父进程发消息，子进程接收并打印。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
int pipefd[2];
pid_t pid;
char buf[1024];
// 1. 创建管道
if (pipe(pipefd) == -1) {
perror("pipe");
return 1;
}
// 2. 创建子进程
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
return 1;
}
if (pid == 0) {
// 子进程：关闭写端，只读
close(pipefd[1]);
read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
printf("子进程收到：%s\n", buf);
close(pipefd[0]);
} else {
// 父进程：关闭读端，只写
close(pipefd[0]);
char *msg = "Hello from parent!";
write(pipefd[1], msg, strlen(msg) + 1);
close(pipefd[1]);
wait(NULL); // 等待子进程结束
}
return 0;
}这个例子有几个关键点：
- 先创建管道，再fork。 这样父子进程才能共享文件描述符
- 关闭不需要的端。 子进程关写端，父进程关读端。这是好习惯
- 父进程要wait。 不然子进程可能变成孤儿进程
我的习惯：每次创建管道后，立刻在注释里标明哪个是读端、哪个是写端。代码一多容易搞混，尤其是多个管道的时候。
2.3 管道读写规则与阻塞特性
管道的读写行为，说白了就四个字：按规则阻塞。我当年踩过不少坑，现在给你总结清楚。
读端行为
- 管道有数据： read() 立即返回，能读多少读多少
- 管道为空，写端未关闭： read() 阻塞，直到有数据写入
- 管道为空，写端已关闭： read() 返回0，表示读到文件尾
写端行为
- 管道未满： write() 立即写入，返回写入的字节数
- 管道已满： write() 阻塞，直到有空间可用
- 读端已关闭： write() 会导致进程收到 SIGPIPE 信号，默认终止进程
我曾经踩过的坑：写了一个服务程序，子进程崩溃后父进程还在往管道里写数据。结果父进程被SIGPIPE信号干掉了，整个服务挂了。后来我学会了：要么注册SIGPIPE信号处理函数，要么在write前检查读端是否存活。
为什么会这样？因为管道是内核维护的一块缓冲区。读端关闭了，数据就没人收了，再写就是浪费资源。内核干脆给你发个信号，告诉你别写了。
2.4 管道容量（PIPE_BUF）分析
管道不是无限大的。它有一个容量上限，由 PIPE_BUF 定义。在Linux上，这个值通常是4096字节（4KB）。
| 系统 | PIPE_BUF 大小 | 说明 |
|---|---|---|
| Linux | 4096 字节 | POSIX要求至少512字节 |
| macOS | 512 字节 | 老版本可能更小 |
| FreeBSD | 512 字节 | 可通过sysctl调整 |
这个值为什么重要？因为它决定了原子写入的边界。
POSIX标准规定：如果写入的数据量不超过 PIPE_BUF，那么这次写入是原子的。也就是说，多个进程同时写管道时，不会出现数据交错的情况。
举个例子：
// 进程A写入 "AAAAA"
write(pipefd[1], "AAAAA", 5);
// 进程B写入 "BBBBB"
write(pipefd[1], "BBBBB", 5);如果两个进程同时写，读端可能读到 "AABBB" 或 "BBAAA" 吗？
答案是：不会。因为5字节小于PIPE_BUF（4096），所以每次写入都是原子的。读端要么读到 "AAAAA"，要么读到 "BBBBB"，绝不会读到混合数据。
重要结论：如果你要保证写入的原子性，每次写入的数据量不要超过 PIPE_BUF。超过的话，内核可能会把一次写入拆成多次，数据就可能交错。
我个人习惯是：如果数据量超过PIPE_BUF，我会用消息边界标记，或者干脆换用其他IPC方式，比如消息队列。管道毕竟是为小数据量设计的。
嗯，关于无名管道，核心内容就这些。记住三点：
- pipe() 创建一对文件描述符，一个读一个写
- 父子进程通过继承来共享管道
- 读写有阻塞规则，PIPE_BUF 决定原子写入边界
下一章我们讲命名管道（FIFO），它解决了无名管道只能在亲缘进程间通信的问题。到时候你会发现，很多概念是相通的。