Linux 进程通信--命名管道

Posted 2023-02-20 Readtears

在之前的博客中介绍了进程通信中的无名管道通信pipe，也对无名管道的局限性进行了剖析。

在这里，提出命名管道的概念FIFO，可解决无名管道的局限性，命名管道到底是通过什么机制进行通信的？请看下面

命名管道（FIFO）

                          ————顾名思义，first input first output，按照先进先出的原则工作，第一个被写入的数据将首先从管道中读出。

1.概念

管道的一个不足之处是没有名字，因此，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，在命名管 道（named pipe或FIFO）提出后，该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存储于文件系统中。命名管道是一个设备文件，因此，即使进程与创建FIFO的进程不存在亲缘关系，只要可以访问该路径，就能够通过FIFO 相互通信。

2.命名管道的创建与读写

Linux下有两种⽅方式创建命名管道。一是在Shell下交互地建立一个命名管道；

二是在程序中使⽤用系统函数建⽴立命名管道。Shell⽅方式下可使⽤用mknod或mkfifo命令。

下⾯面命令使⽤用 mknod创建了⼀一个命名管道：

<span style="font-size:14px;">mknod namedpipe </span>

创建命名管道的系统函数有两个：mknod和mkfifo。

两个函数均定义在头⽂文件sys/stat.h， 函数原型如下：

<span style="font-size:14px;">#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mode);  </span>

 函数mknod参数中path为创建的命名管道的全路径名：mod为创建的命名管道的模式，指明其存取权限；dev为设备值，该值取决于文件创建的种类，它只在创建设备文件时才会用到。

mknod和mkfifo两个函数调用成功都返回0，失败都返回  -1。

下面使用mknod函数创建了⼀个命名管道:

<span style="font-size:14px;">umask(0)
if (mknod("/tmp/fifo",S_IFIFO | 0666) == -1)
 
    perror("mkfifo error");
   exit(1);
     </span>

函数mkfifo前两个参数的含义和mknod相同下面是使用mkfifo的示例代码：

<span style="font-size:14px;">umask(0); 
if (mkfifo("/tmp/fifo",S_IFIFO|0666) == -1) 
 
    perror("mkfifo error!"); 
    exit(1); 
  </span>

S_IFIFO|0666  指明创建一个命名管道且存取权限为0666，即创建者，与创建者同组的用户，其他用户对该命名管道的访问权限都是可读可写（注意umask对生成的管道文件权限的影响）

  命名管道创建后就可以使⽤用了，命名管道和管道的使用方法基本是相同的。只是使用命 名管道时，必须先调⽤用open()将其打开。因为命名管道是一个存在于硬盘上的文件，而管道 是存在于内存中的特殊文件。    

注意，调用open()打开命名管道的进程可能会被阻塞。但如果同时用读写方式 （O_RDWR）打开，则一定不会导致阻塞；如果以只读方式（O_RDONLY）打开，则调用open()函数的进程将会被阻塞直到有写方打开管道；同样以写方式（O_WRONLY）打开也会阻塞直到有读方式打开管道。

三.总结

文件系统中的路径名是全局的,各进程都可以访问,因此可以用文件系统中的路径名来标识⼀一 个IPC通道。  命名管道也被称为FIFO文件，它是一种特殊类型的文件，它在文件系统中以文件名的形式存在，但是它的行为却和之前所讲的没有名字的管道（匿名管道）类似。 由于Linux中所有的事物都可被视为⽂文件，所以对命名管道的使用也就变得与文件操作非常的统⼀，也使它的使用非常方便，同时我们也可以像平常的文件名⼀样在命令中使用。

创建命名管道可以用两个函数，函数原型如下：

<span style="font-size:14px;">#include <sys/types.h>   
#include <sys/stat.h>   
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);  
int mknod(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t)0);   </span>

这两个函数都能创建⼀一个FIFO文件，注意是创建⼀一个真实存在于文件系统中的文件， filename指定了文件名，而mode则指定了文件的读写权限。mknod是比较老的函数，而使用 mkfifo函数更加简单和规范，所以建议在可能的情况下，尽量使用mkfifo而不是mknod。 mkfifo函数的作用是在文件系统中创建⼀一个文件，该文件⽤用于提供FIFO功能，即命名管道。 前边讲的那些管道都没有名字，因此它们被称为匿名管道，或简称管道。对文件系统来说， 匿名管道是不可见的，它的作用仅限于在父进程和子进程两个进程间进行通信。⽽命名管道是一个可见的⽂文件，因此，它可以用于任何两个进程之间的通信，不管这两个进程是不是⽗子进程，也不管这两个进程之间有没有关系。

FIFO read端：

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <unistd.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <string.h> 
#define _PATH_ "/tmp/file.tmp" 
#define _SIZE_ 100 
int main() 

int fd = open(_PATH_, O_RDONLY);
 if(fd < 0)
  
    printf("open file error!\\n");                   		
    return 1;                   	
          	
char buf[_SIZE_];          
memset(buf, '\\0', sizeof(buf));      
while(1)
          	
    int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));                   		
    if (ret <= 0)//error or end of file                   	
                  
       printf("read end or error!\\n");            
       break;                     
               
    printf("%s\\n", buf);                
   if( strncmp(buf, "quit", 4) == 0 )
           
       break;    
      
            
close(fd);    
return 0;          
 

 

FIFOwrite端：

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <unistd.h> 
#include <string.h> 
#include <fcntl.h> 
#define _PATH_ "/tmp/file.tmp" 
#define _SIZE_ 100 
int main() 
 	
   int ret = mkfifo(_PATH_,0666｜S_IFIFO);          	
   if(ret == -1)
             		
       printf("mkfifo error\\n");                   		
       return 1;                   	
             	
   int fd = open(_PATH_, O_WRONLY);          	
   if(fd < 0)
             		
      printf("open error\\n");                   	
             	
   char buf[_SIZE_];          	
   memset(buf, '\\0', sizeof(buf));          	
  while(1)
             		
     scanf("%s", buf);                   		
     int ret = write(fd, buf, strlen(buf)+1);                   		
     if(ret < 0)
                        			
       printf("write error\\n");                            			
       break;                            		
                        		
    if( strncmp(buf, "quit", 4) == 0 )
                       			
       break;                            		
                       	
                
close(fd); 	
return 0;