Linux系统编程——进程间通信:命名管道(FIFO)
命名管道的概述
无名管道,由于没有名字,只能用于亲缘关系的进程间通信(更多详情,请看《无名管道》)。为了克服这个缺点,提出了命名管道(FIFO),也叫有名管道、FIFO 文件。
命名管道(FIFO)不同于无名管道之处在于它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,这样,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。
命名管道(FIFO)和无名管道(pipe)有一些特点是相同的,不一样的地方在于:
1、FIFO 在文件系统中作为一个特殊的文件而存在,但 FIFO 中的内容却存放在内存中。
2、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。
3、FIFO 有名字,不相关的进程可以通过打开命名管道进行通信。
命名管道的创建
所需头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo( const char *pathname, mode_t mode);
功能:
命名管道的创建。
参数:
pathname: 普通的路径名,也就是创建后 FIFO 的名字。
mode: 文件的权限,与打开普通文件的 open() 函数中的 mode 参数相同,相关说明请点此链接。
返回值:
成功:0
失败:如果文件已经存在,则会出错且返回 -1。
示例代码如下:
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int main(int argc, char *argv[]) { int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道 if(ret != 0){ // 出错 perror("mkfifo"); } return 0; }
运行结果如下:
命名管道的默认操作
后期的操作,把这个命名管道当做普通文件一样进行操作:open()、write()、read()、close()。但是,和无名管道一样,操作命名管道肯定要考虑默认情况下其阻塞特性。
下面验证的是默认情况下的特点,即 open() 的时候没有指定非阻塞标志( O_NONBLOCK )。
1)
open() 以只读方式打开 FIFO 时,要阻塞到某个进程为写而打开此 FIFO
open() 以只写方式打开 FIFO 时,要阻塞到某个进程为读而打开此 FIFO。
简单一句话,只读等着只写,只写等着只读,只有两个都执行到,才会往下执行。
只读端代码如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666); if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } printf("before open\n"); fd = open("my_fifo", O_RDONLY);//等着只写 if(fd < 0) { perror("open fifo"); } printf("after open\n"); return 0; }
只写端代码如下
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666); if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } printf("before open\n"); fd = open("my_fifo", O_WRONLY); //等着只读 if(fd < 0) { perror("open fifo"); } printf("after open\n"); return 0; }
大家开启两个终端,分别编译以上代码,读端程序和写端程序各自运行,如下图,大家自行验证其特点,因为光看结果图是没有效果,大家需要分析其运行过程是如何变化。
如果大家不想在 open() 的时候阻塞,我们可以以可读可写方式打开 FIFO 文件,这样 open() 函数就不会阻塞。
// 可读可写方式打开 int fd = open("my_fifo", O_RDWR);
2)假如 FIFO 里没有数据,调用 read() 函数从 FIFO 里读数据时 read() 也会阻塞。这个特点和无名管道是一样的。
写端代码如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666);//创建命名管道 if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } printf("before open\n"); fd = open("my_fifo", O_WRONLY); //等着只读 if(fd < 0) { perror("open fifo"); } printf("after open\n"); printf("before write\n"); // 5s后才往命名管道写数据,没数据前,读端read()阻塞 sleep(5); char send[100] = "Hello Mike"; write(fd, send, strlen(send)); printf("write to my_fifo buf=%s\n", send); return 0; }
读端代码如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666); //创建命名管道 if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } printf("before open\n"); fd = open("my_fifo", O_RDONLY);//等着只写 if(fd < 0) { perror("open fifo"); } printf("after open\n"); printf("before read\n"); char recv[100] = {0}; //读数据,命名管道没数据时会阻塞,有数据时就取出来 read(fd, recv, sizeof(recv)); printf("read from my_fifo buf=[%s]\n", recv); return 0; }
请根据下图自行编译运行验证:
3)通信过程中若写进程先退出了,就算命名管道里没有数据,调用 read() 函数从 FIFO 里读数据时不阻塞;若写进程又重新运行,则调用 read() 函数从 FIFO 里读数据时又恢复阻塞。
写端代码如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道 if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } fd = open("my_fifo", O_WRONLY); // 等着只读 if(fd < 0) { perror("open fifo"); } char send[100] = "Hello Mike"; write(fd, send, strlen(send)); //写数据 printf("write to my_fifo buf=%s\n",send); while(1); // 阻塞,保证读写进程保持着通信过程 return 0; }
读端代码如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666);// 创建命名管道 if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } fd = open("my_fifo", O_RDONLY);// 等着只写 if(fd < 0) { perror("open fifo"); } while(1) { char recv[100] = {0}; read(fd, recv, sizeof(recv)); // 读数据 printf("read from my_fifo buf=[%s]\n",recv); sleep(1); } return 0; }
请根据下图自行编译运行验证:
5)通信过程中,读进程退出后,写进程向命名管道内写数据时,写进程也会(收到 SIGPIPE 信号)退出。
6)调用 write() 函数向 FIFO 里写数据,当缓冲区已满时 write() 也会阻塞。
5)和 6)这两个特点和无名管道是一样的,这里不再验证,详情请看《无名管道》。
命名管道非阻塞标志操作
命名管道可以以非阻塞标志(O_NONBLOCK)方式打开:
fd = open("my_fifo", O_WRONLY|O_NONBLOCK); fd = open("my_fifo", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
1、先以只读方式打开,如果没有进程已经为写而打开一个 FIFO, 只读 open() 成功,并且 open() 不阻塞。
2、先以只写方式打开,如果没有进程已经为读而打开一个 FIFO,只写 open() 将出错返回 -1。
3、read()、write() 读写命名管道中读数据时不阻塞。
请根据以下代码自行编译运行验证。
写端代码如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道 if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } // 只写并指定非阻塞方式打开 fd = open("my_fifo", O_WRONLY|O_NONBLOCK); if(fd<0) { perror("open fifo"); } char send[100] = "Hello Mike"; write(fd, send, strlen(send)); printf("write to my_fifo buf=%s\n",send); while(1); return 0; }
读端代码如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int ret; ret = mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道 if(ret != 0) { perror("mkfifo"); } // 只读并指定非阻塞方式打开 fd = open("my_fifo", O_RDONLY|O_NONBLOCK); if(fd < 0) { perror("open fifo"); } while(1) { char recv[100] = {0}; read(fd, recv, sizeof(recv)); printf("read from my_fifo buf=[%s]\n",recv); sleep(1); } return 0; }
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