Linux进程间通信-命名管道

Posted 2020-07-31

前面我们讲了进程间通信的一种方式，匿名管道。
我们知道，匿名管道只能用于父子关系的进程之间。那么没有这种关系的进程之间该如何进行数据传递呢？

1.什么是命名管道

匿名管道是在缓存中开辟的输出和输入文件流的空间，只能用于父子关系的进程之间。因为父子进程的输入和输出文件描述符是一致的。
命名管道是一种实际存在的FIFO文件，称作“管道文件”，用于不同进程之间，命名管道进程间打开同一个FIFO文件，进行数据传递。
我们可以像普通文件一样操作FIFO文件。
不同进程，引用同一个FIFO文件，进行数据传递。

2.创建命名管道
mkfifo函数：创建一个命名管道

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

filename:指定FIFO文件的名称
mode:指定文件的读写权限

3.访问命名管道
打开FIFO文件有四种方式：

open(const char *filename,O_RDONLY);
open(const char *filename,O_RDONLY|O_NONBLOCK);
open(const char *filename,O_WRONLY);
open(const char *filename,O_WRONLY|O_NONBLOCK);

需要注意的是，不能以O_RDWR模式打开FIFO文件，
因为这样一个进程写入的数据会被该进程读取，FIFO一般只用做单向的数据传递。

open函数的第二个参数，表示是读管道，还是写管道。
O_NONBLOCK表示FIFO管道的读写是非阻塞的，默认的话，是阻塞的。
那么何为阻塞呢？
一个进程写模式打开管道的时候，必须有另一个进程以读模式打开；
或读模式的时候，必须有另一个进程写写模式打开，否则该进程open函数阻塞，直到满足以上关系。

非阻塞，意味着open函数会立即返回，若没有其他进程以只读方式打开，open返回-1，并且FIFO也不会被打开。

4.FIFO管道使用示例
下例有两个程序，fifowrite.c和fiforead.c分别写管道和读管道。
fifowrite.c中将一个文本文件data.txt,写到管道。
fiforead.c中从管道读取数据，并写到dataformfifo.txt文件中。
程序使用了默认的阻塞模式。
示例代码如下：

fifowrite.c

#include<sys/types.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<limits.h>
int main()
{
    const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo";
    int pipe_fd = -1;
    int data_fd = -1;
    int res = 0;
    const int open_mode = O_WRONLY;
    char buffer[PIPE_BUF+1];
    if(access(fifo_name,F_OK)==-1)
    {
        res = mkfifo(fifo_name,0777);
        if(res!=0)
        {
            fprintf(stderr,"could not create fifo\\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
    printf("process %d opening fifo O_WRONLY\\n",getpid());
    pipe_fd = open(fifo_name,open_mode);
    data_fd = open("data.txt",O_RDONLY);
    printf("process %d result %d\\n",getpid(),pipe_fd);
    if(pipe_fd!=-1)
    {
        int bytes_read = 0;
        bytes_read = read(data_fd,buffer,PIPE_BUF);
        while(bytes_read>0)
        {
            res = write(pipe_fd,buffer,bytes_read);
            if(res==-1)
            {
                fprintf(stderr,"write error\\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            bytes_read = read(data_fd,buffer,PIPE_BUF);
            buffer[bytes_read]=\'\\0\';
        }
        close(pipe_fd);
        close(data_fd);
    }
    else{
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("process %d finished.\\n",getpid());
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

fiforead.c

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<limits.h>
int main()
{
    const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo";
    int pipe_fd = -1;
    int data_fd = -1;
    int res = 0;
    int open_mode = O_RDONLY;
    char buffer[PIPE_BUF+1];
    int bytes_read = 0;
    int bytes_write = 0;
    memset(buffer,\'\\0\',sizeof(buffer));

    printf("process %d opening FIFO O_RDONLY\\n",getpid());
    pipe_fd = open(fifo_name,open_mode);
    data_fd = open("dataformfifo.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0644);
    printf("process %d result %d\\n",getpid(),pipe_fd);
    if(pipe_fd!=-1)
    {
        do{
            res = read(pipe_fd,buffer,PIPE_BUF);
            bytes_write = write(data_fd,buffer,res);
            bytes_read +=res;
        }while(res>0);
        close(pipe_fd);
        close(data_fd);
    }
    else{
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("process %d finished,%d bytes read\\n",getpid(),bytes_read);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出结果：

我们在shell中输入命令 ls -l /tmp/my_fifo查看FIFO管道文件的属性

可以看到，FIFO文件生成了，第一个字符‘p’，表示该文件是一个管道文件。

5.多个进程同时写管道
当多个进程同时写管道时，读管道取得的数据是杂乱的。
此时，我们可以控制每个进程，当要写入的数据超过某个大小时，才写管道，另外要以阻塞的方式打开FIFO。确保写操作的原子性。