管道和命名管道

Posted alantu2018

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了管道和命名管道相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

命名管道(named PIPE)

由于基于fork机制,所以管道只能用于父进程和子进程之间,或者拥有相同祖先的两个子进程之间 (有亲缘关系的进程之间)。为了解决这一问题,Linux提供了FIFO方式连接进程。FIFO又叫做命名管道(named PIPE)。

FIFO (First in, First out)为一种特殊的文件类型,它在文件系统中有对应的路径。当一个进程以读(r)的方式打开该文件,而另一个进程以写(w)的方式打开该文件,那么内核 就会在这两个进程之间建立管道,所以FIFO实际上也由内核管理,不与硬盘打交道。之所以叫FIFO,是因为管道本质上是一个先进先出的队列数据结构,最 早放入的数据被最先读出来,从而保证信息交流的顺序。FIFO只是借用了文件系统(file system,命名管道是一种特殊类型的文件,因为Linux 中所有事物都是文件,它在文件系统中以文件名的形式存在。)来为管道命名。写模式的进程向FIFO文件中写入,而读模式的进程从FIFO文件中读出。当删 除FIFO文件时,管道连接也随之消失。FIFO的好处在于我们可以通过文件的路径来识别管道,从而让没有亲缘关系的进程之间建立连接

函数原型:

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

int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
int mknode(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t) 0 );

其中pathname是被创建的文件名称,mode表示将在该文件上设置的权限位和将被创建的文件类型(在此情况下为S_IFIFO),dev是当创建设备特殊文件时使用的一个值。因此,对于先进先出文件它的值为0。

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#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
int main(void)
{
    char buf[80];
    int fd;
    unlink("zieckey_fifo");
    mkfifo("zieckey_fifo",0777);
    if(fork()>0)
    {
        char s[]="Hello!\n";
        fd=open("zieckey_fifo",O_WRONLY);
        write(fd,s,sizeof(s));
        //close(fd);
    }
    else
    {
        fd=open("zieckey_fifo",O_RDONLY);
        read(fd,buf,sizeof(buf));
        printf("Themessagefromthepipeis:%s\n",buf);
        //close(fd);
    }
    return  0;
}
/*执行结果为
Themessagefromthepipeis:Hello!
并且可以在程序执行目录生成管道文件zieckey_fifo
*/
                              
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注意:ls命令的输出结果中的第一个字符为p,表示这是一个管道。最后的|符号是由ls命令的-F选项添加的,它也表示是这是一个管道。

FIFO读写规则

1.从FIFO中读取数据: 约定:如果一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开了FIFO,那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作

2.从FIFO中写入数据: 约定:如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作。

 

 

1.FIFO中读取数据:

 

约定:如果一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开了FIFO,那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作。

 

(1)如果有进程写打开FIFO,且当前FIFO为空,则对于设置了阻塞标志的读操作来说,将一直阻塞下去,直到有数据可以读时才继续执行;对于没有设置阻塞标志的读操作来说,则返回0个字节,当前errno值为EAGAIN,提醒以后再试。

 

(2)对于设置了阻塞标志的读操作来说,造成阻塞的原因有两种:一、当前FIFO内有数据,但有其它进程在读这些数据;二、FIFO本身为空。

 

解阻塞的原因是:FIFO中有新的数据写入,不论写入数据量的大小,也不论读操作请求多少数据量,只要有数据写入即可。

 

(3)读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用,如果本进程中有多个读操作序列,则在第一个读操作被唤醒并完成读操作后,其它将要执行的读操作将不再阻塞,即使在执行读操作时,FIFO中没有数据也一样(此时,读操作返回0)。

 

(4)如果没有进程写打开FIFO,则设置了阻塞标志的读操作会阻塞。

 

(5)如果FIFO中有数据,则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数少于请求的字节数而阻塞,此时,读操作会返回FIFO中现有的数据量。

 

 

 

2.FIFO中写入数据:

 

约定:如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作。

 

FIFO的长度是需要考虑的一个很重要因素。系统对任一时刻在一个FIFO中可以存在的数据长度是有限制的。它由#define PIPE_BUF定义,在头文件limits.h中。在Linux和许多其他类UNIX系统中,它的值通常是4096字节,Red Hat Fedora9下是4096,但在某些系统中它可能会小到512字节。

 

虽然对于只有一个FIFO写进程和一个FIFO的读进程而言,这个限制并不重要,但只使用一个FIFO并允许多个不同进程向一个FIFO读进程发送请求的情况是很常见的。如果几个不同的程序尝试同时向FIFO写数据,能否保证来自不同程序的数据块不相互交错就非常关键了à也就是说,每个写操作必须“原子化”。

 

 

 

一、对于设置了阻塞标志的写操作:

 

(1)当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,Linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数,则进入睡眠,直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时,才开始进行一次性写操作。即写入的数据长度小于等于PIPE_BUF时,那么或者写入全部字节,或者一个字节都不写入,它属于一个一次性行为,具体要看FIFO中是否有足够的缓冲区。

 

(2)当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,Linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域,写进程就会试图向管道写入数据,写操作在写完所有请求写的数据后返回。

 

 

 

二、对于没有设置阻塞标志的写操作:

 

(1)当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,Linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数,写完后成功返回;如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数,则返回EAGAIN错误,提醒以后再写。

 

(2)当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,Linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后,写操作返回。

 

 

 

3.为了对FIFO读写规则验证:

下面提供了两个对FIFO的读写程序,适当调节程序中的很少地方或命令行参数就可以对各种FIFO读写规则进程验证(

以上是关于管道和命名管道的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

c++ 和 php 中的命名管道

适用于 Windows 和 Linux 的 Go 中的命名管道

Windows进程间通信—命名管道

进程之间的通信-命名管道通信

C# 和 python 之间的命名管道

C# 和 Python 之间的命名管道