1. 概述
本文将讨论 管道（Pipe） 与 套接字（Socket） 的区别，并介绍一些关于进程间通信（IPC）机制的基本知识，以及我们为何需要这些机制。
2. IPC机制简介
进程之间的地址空间、堆栈和寄存器等资源是相互隔离的，因此我们必须通过IPC（Inter-Process Communication）机制来实现进程间的数据交换。常见的IPC机制包括：
- 管道（Pipe）
- 套接字（Socket）
- 共享内存（Shared Memory）
- 消息队列（Message Queue）
其中，管道和套接字是我们本文讨论的重点。虽然共享内存效率更高，但在跨机器通信时，我们更倾向于使用管道或套接字。
3. 管道（Pipe）
管道是一种最常见的进程间通信方式，其本质是一个具有两个端点的数据通道。在Linux/Unix系统中，调用 pipe() 系统调用会创建一个管道，并返回两个文件描述符：
fd[0]：用于读取数据fd[1]：用于写入数据
管道通常与 fork() 配合使用，实现父子进程间的通信。如下图所示，管道是通过内核空间实现的：
3.1 管道的工作原理
管道一般需要配合 fork() 使用。父进程创建管道后，子进程继承文件描述符，从而实现进程间通信。
下图展示了未关闭无用描述符时的双向通信情况：
如果我们关闭了不必要的描述符，结构如下图所示：
可以看到，管道是单向通信机制，如果希望实现双向通信，必须创建两个管道：一个从父进程到子进程，另一个从子进程到父进程。
3.2 管道的限制
- ✅ 适用于父子进程或相关进程之间通信
- ❌ 无法跨机器通信
- ❌ 仅支持一对一通信
- ❌ 不支持数据分包传输
4. 套接字（Socket）
套接字是现代网络通信的核心机制之一。早在1971年ARPANET时期，RFC 147中就首次提到了“socket”这个术语。如今的套接字接口源自伯克利套接字（Berkeley Sockets）API，广泛应用于Unix/Linux系统中。
套接字本质上是一个与网络协议绑定的通信端点，包含：
- 网络地址（IP）
- 端口号（Port）
每个端口代表一个服务入口，允许其他主机连接并进行通信。
4.1 套接字的工作原理
每个套接字都绑定到一个特定的网络协议（如TCP/IP或UDP）。应用程序通过调用 socket() 创建一个套接字，并返回一个文件描述符，用于后续的 read() 和 write() 操作。
与管道不同，套接字可以实现跨机器通信，适用于：
- 客户端-服务器通信
- 分布式系统
- 多播/广播通信
4.2 套接字的优势
- ✅ 支持双向通信
- ✅ 可跨机器通信
- ✅ 支持数据分包（基于IP协议）
- ✅ 支持多种协议（TCP、UDP等）
5. 管道与套接字的主要区别
| 特性 | 管道（Pipe） | 套接字（Socket） |
|---|---|---|
| 通信方向 | 单向 | 双向 |
| 进程关系 | 必须为父子进程 | 无限制 |
| 通信范围 | 同一主机 | 可跨主机 |
| 数据分包 | 不支持 | 支持（基于IP） |
| 使用场景 | 本地进程通信 | 网络通信、分布式系统 |
6. 总结
本文简要介绍了进程间通信的基本概念，并重点分析了管道与套接字的实现机制和主要区别。
- 管道适用于本地、父子进程间的简单通信
- 套接字则适用于跨机器、复杂网络环境下的通信
虽然本文主要以Unix/Linux系统为背景，但这些概念在Windows系统中也有对应的实现（如命名管道、Winsock）。
✅ 小贴士：在实际开发中，选择IPC机制时应根据通信范围、数据量、实时性等多方面综合考虑。例如本地通信优先考虑管道或共享内存，而网络通信则应使用套接字。