进程间通信之有名管道​

进程间通信有多种方式实现，本文主要讲解有名管道的通信方式。

一， 有名管道简介

匿名管道由于没有名字，只能用于具有亲缘关系的进程间通信。

为了克服这个缺点，就提出了有名管道（FIFO），也称为命名管道、FIFO文件。

有名管道（FIFO）提供了一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中，且打开方式与打开一个普通文件是一样的，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信。因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。

FIFO文件被打开，就可以使用与操作匿名管道和其它文件的系统调用一样的I/O系统调用，如使用 read()读数据，write()写数据，close()关闭FIFO等。

与管道一样，FIFO也有一个写入端和读取端，且从管道中读取数据的顺序与写入数据的顺序是一样的。FIFO的名称也由此而来：先入先出。也是一个环形队列。

有名管道和匿名管道大部分是相同的，不同在于：

• FIFO在文件系统中作为一个特殊文件存在，FIFO的内容存放在内存中；
• 当使用FIFO的进程退出后，FIFO文件将继续保存在文件系统中以便以后使用；

二， 有名管道的使用

1. 创建有名管道

• 方式1：可以使用命令创建有名管道：

mkfifo 名字

• 方式2：使用函数mkfifo()函数创建有名管道

使用mkfifo创建了FIFO后，就可以使用open打开它，常见的文件I/O函数都可以用于FIFO。

FIFO严格遵循先进先出，对FIFO的读总是从开始处返回数据，对FIFO的写则是把数据添加到末尾，FIFO不支持lseek()等文件定位的函数。

函数mkkfifo()声明：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

• 参数说明：
  • pathname：管道名称的路径；
  • mode：FIFO的权限，和open是一样的；如0664；
• 返回值：成功返回0，失败返回-1，并设置对应的errno；

创建管道示例：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    // 创建有名管道
    int ret = mkfifo("fifo1",0664);
    if(ret == -1)
    {
        perror("mkfifo");
        return -1;
    }

    return 0;
}

有名管道使用示例，有两个文件，read.c用来读管道中的数据，write.c用来向管道写数据。read.c和write.c的内容如下：

read.c

// 从管道中读取数据
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{

    // 1. 打开管道文件
    int fd = open("test",O_RDONLY);  // 阻塞，如果没有写端打开那么会一直阻塞在这里
    if(fd == -1){
        perror("open");
        exit(0);
    }

    // 2. 读数据
    while (1)
    {
        char buf[1024]={0};
        int len = read(fd,buf,sizeof(buf));
        if(len == -1){
            perror("read");
            exit(0);
        }
        else if(len == 0){
            // len = 0表示已经读到管道末尾，写端断开连接了
            break;
        }
        printf("receive buf: %s\n",buf);
    }

    // 3. 关闭FIFO
    close(fd);
    

    return 0;
}

write.c:

// 向管道中写数据
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    // 创建有名管道
    // 1. 先判断文件是否存在
    if(-1 == access("test",F_OK))   // 判断文件是否存在
    {
        printf("管道不存在，创建管道\n");
        // 2. 创建管道文件
        int ret = mkfifo("test",0664);
        if(ret == -1)
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }

    // 3. 打开管道，以只写方式打开管道
    int fd = open("test",O_WRONLY);  // 阻塞方式，如果没有读端打开，那么会一直阻塞在这里
    if(fd == -1)
    {
        perror("open");
        exit(0);
    }

    // 4. 向管道中写入数据
    for(int i=0;i<100;i++){
        char buf[1024]={0};
        sprintf(buf,"hello, %d\n",i);
        printf("write data : %s\n",buf);
        write(fd,buf,strlen(buf));
        sleep(1);
    }

    // 5. 关闭FIFO
    close(fd);

    return 0;
}

生成可执行文件 read 和 write，当只执行read或只执行write时，会一直阻塞；当两个文件都执行时，会进行数据传递；

2. 有名管道的注意事项

• 一个进程以只读打开管道会阻塞，直到另外一个进程以只写打开管道；
• 一个进程以只写打开管道会阻塞，直到另外一个进程以只读打开管道；

有名管道的读写特性：

• 读管道
  • 管道中有数据，read返回实际读到的字节数；
  • 管道中无数据：
    • 管道写端被全部关闭，read返回0，相当于读到文件末尾；
    • 管道写端没有被全部，read阻塞等待；
• 写管道
  • 管道读端全部关闭，进行异常终止，收到信号SIGPIPE；
  • 管道读端没有被全部关闭：
    • 管道已经满了，write阻塞等待
    • 管道没有满，write将数据写入，并返回实际写入的实际字节数

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