概念：管道是由内核管理的一个缓冲区，相当于我们放入内存中的一个纸条。管道的一端连接一个进程的输出。这个进程会向管道中放入信息。管道的另一端连接一个进程的输入，这个进程取出被放入管道的信息。
优点：不需要加锁，基于字节流不需要定义数据结构
缺点：速度慢，容量有限，只能用于父子进程之间，使用场景狭窄
基本原理：
一个缓冲区不需要很大，它被设计成为环形的数据结构，以便管道可以被循环利用。当管道中没有信息的话，从管道中读取的进程会等待，直到另一端的进程放入信息。当管道被放满信息的时候，尝试放入信息的进程会等待，直到另一端的进程取出信息。当两个进程都终结的时候，管道也自动消失。
从原理上，管道利用fork机制建立，从而让两个进程可以连接到同一个PIPE上。最开始的时候，上面的两个箭头都连接在同一个进程Process 1上(连接在Process 1上的两个箭头)。当fork复制进程的时候，会将这两个连接也复制到新的进程(Process 2)。随后，每个进程关闭自己不需要的一个连接 (两个黑色的箭头被关闭; Process 1关闭从PIPE来的输入连接，Process 2关闭输出到PIPE的连接)，这样，剩下的红色连接就构成了如上图的PIPE。
实现细节：
在 Linux 中，管道的实现并没有使用专门的数据结构，而是借助了文件系统的file结构和VFS的索引节点inode。通过将两个 file 结构指向同一个临时的 VFS 索引节点，而这个 VFS 索引节点又指向一个物理页面而实现的。如下图
有两个 file 数据结构，但它们定义文件操作例程地址是不同的，其中一个是向管道中写入数据的例程地址，而另一个是从管道中读出数据的例程地址。这样，用户程序的系统调用仍然是通常的文件操作，而内核却利用这种抽象机制实现了管道这一特殊操作。
关于管道的读写
管道实现的源代码在fs/pipe.c中，在pipe.c中有很多函数，其中有两个函数比较重要，即管道读函数pipe_read()和管道写函数pipe_wrtie()。管道写函数通过将字节复制到 VFS 索引节点指向的物理内存而写入数据，而管道读函数则通过复制物理内存中的字节而读出数据。当然，内核必须利用一定的机制同步对管道的访问，为此，内核使用了锁、等待队列和信号。
当写进程向管道中写入时，它利用标准的库函数write()，系统根据库函数传递的文件描述符，可找到该文件的 file 结构。file 结构中指定了用来进行写操作的函数（即写入函数）地址，于是，内核调用该函数完成写操作。写入函数在向内存中写入数据之前，必须首先检查 VFS 索引节点中的信息，同时满足如下条件时，才能进行实际的内存复制工作：
·内存中有足够的空间可容纳所有要写入的数据；
·内存没有被读程序锁定。
如果同时满足上述条件，写入函数首先锁定内存，然后从写进程的地址空间中复制数据到内存。否则，写入进程就休眠在 VFS 索引节点的等待队列中，接下来，内核将调用调度程序，而调度程序会选择其他进程运行。写入进程实际处于可中断的等待状态，当内存中有足够的空间可以容纳写入数据，或内存被解锁时，读取进程会唤醒写入进程，这时，写入进程将接收到信号。当数据写入内存之后，内存被解锁，而所有休眠在索引节点的读取进程会被唤醒。
管道的读取过程和写入过程类似。但是，进程可以在没有数据或内存被锁定时立即返回错误信息，而不是阻塞该进程，这依赖于文件或管道的打开模式。反之，进程可以休眠在索引节点的等待队列中等待写入进程写入数据。当所有的进程完成了管道操作之后，管道的索引节点被丢弃，而共享数据页也被释放。
Linux函数原型：
#include <unistd.h> int pipe(int filedes[2]);
filedes[0]用于读出数据，读取时必须关闭写入端，即close(filedes[1]);
filedes[1]用于写入数据，写入时必须关闭读取端，即close(filedes[0])。
程序实例：
int main(void) { int n; int fd[2]; pid_t pid; char line[MAXLINE]; if(pipe(fd) 0){ /* 先建立管道得到一对文件描述符 */ exit(0); } if((pid = fork()) 0) /* 父进程把文件描述符复制给子进程 */ exit(1); else if(pid > 0){ /* 父进程写 */ close(fd[0]); /* 关闭读描述符 */ write(fd[1], " hello world ", 14); } else{ /* 子进程读 */ close(fd[1]); /* 关闭写端 */ n = read(fd[0], line, MAXLINE); write(STDOUT_FILENO, line, n); } exit(0); }
FIFO放在管道一起是因为FIFO是一种先进先出的管道，任何FIFO都非常类似管道：但是在文件系统中不拥有磁盘块，打开的FIFO总是与一个内核缓冲区相关联，这一缓冲区中临时存放一个或多个进程之间交换的数据。
优点： 可以打开已经存在的管道，使得任意的两个进程可以共享同一个管道
缺点： 和管道一样都是半双工的，都是基于字节流的没有数据结构
基本原理：fifo管道的本质是操作系统中的命名文件(也就是说fifo管道是一个文件.)，当然Linux的理念就是万物皆文件，它在操作系统中以命名文件的形式存在，我们可以在操作系统中看见fifo管道，在你有权限的情况下，甚至可以读写他们。
代码示例：
现在我们来尝试写一个fifo的管道的服务器端，我们先创建一个管道，然后以只读的方式打开它，等待客户连接，当有客户链接上以后就会循环的读取管道中的数据，我们创建一个"fifo_server.c"文件
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/stat.h> #define FIFO_NAME "myfifo" int main() { int result; int fifo_fd; char buffer[32]; int buffer_len; /* 先删除之前可能遗留的管道文件，然后再次创建它 */ unlink( FIFO_NAME ); result = mkfifo( FIFO_NAME, 0777 ); if( result != 0 ) { printf( "error:can't create a fifo. " ); return 1; } /* 以只读的方式打开管道文件 */ fifo_fd = open( FIFO_NAME, O_RDONLY ); if( fifo_fd < 0 ) { printf( "error:can't open a fifo. " ); return 1; } /* 循环从管到文件中读取数据 */ do { memset( buffer, 0, 32 ); buffer_len = read( fifo_fd, buffer, 31 ); buffer[buffer_len] = ' '; printf( "read:%s ", buffer ); } while( memcmp( buffer, "close", 5 ) != 0 ); close( fifo_fd ); unlink( FIFO_NAME ); return 0; }
现在我们来写客户端，客户端会判断一下管道是否存在，如果存在则以只写的方式打开它，然后可以循环的向管道中写入数据，我们来创建一个"fifo_client.c"：
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/stat.h> #define FIFO_NAME "myfifo" int main() { int result; int fifo_fd; char buffer[32]; int buffer_len; /* 判断一下管道文件是否存在，不存在就退出程序 */ result = access( FIFO_NAME, F_OK ); if( result == -1 ) { printf( "error:can't find the fifo. " ); return 1; } /* 以只写的方式打开管到文件 */ fifo_fd = open( FIFO_NAME, O_WRONLY ); if( fifo_fd < 0 ) { printf( "error:can't open a fifo. " ); return 1; } /* 循环向管到文件中写入数据 */ do { memset( buffer, 0, 32 ); printf( "Please input something:" ); scanf( "%s", buffer ); buffer_len = write( fifo_fd, buffer, strlen( buffer ) ); printf( "write:%s ", buffer ); } while( memcmp( buffer, "close", 5 ) != 0 ); close( fifo_fd ); unlink( FIFO_NAME ); return 0; }
好的，现在我们来编译一下这两个文件，并且尝试启动服务器：
root@Server:/home/root/workspace/pipe/fifo# gcc fifo_server.c -o fifos root@Server:/home/root/workspace/pipe/fifo# gcc fifo_client.c -o fifoc root@Server:/home/root/workspace/pipe/fifo# ./fifos
现在我们来尝试利用客户端发送信息，我们重新启动一个终端，在上面执行客户端，尝试输入一些数据，最后输入"close"来关闭服务器和客户端：
root@Server:/home/root/workspace/pipe/fifo# ./fifoc Please input something:hello write:hello Please input something:hi write:hi Please input something:areyouok? write:areyouok? Please input something:funthinkyou write:funthinkyou Please input something:close write:close root@Server:/home/root/workspace/pipe/fifo#
我们再开看一下服务器那边的情况：
root@Server:/home/root/workspace/pipe/fifo# ./fifos read:hello read:hi read:areyouok? read:funthinkyou read:close root@Server:/home/root/workspace/pipe/fifo#
可以看到服务器收到了我们从客户端发送的所有数据。两个进程能够正常的使用管道进行通信了。
利用管道进行数据交互的最好方法就是创建两个管道，而一个管道只负责一个方向通信。这样是因为我们无法梳理数据的读写顺序，尤其是在拥有多个客户端的情况下。也就是说我们无法保证自己写入的数据不被自己读取，或者是自己想要获得数据不被他人读取。这个法则对fifo管道也同样适用。管道通信往往只应用于进程间的简单数据交流，不需要向互联网通信那样支持多客户端高并发等等，只需要读写对应的文件就可以了。