13.6 命名管道 ~ FIFO

命名管道 （有用的特点）： 由于它们出现在文件系统中，所以他们可以像平常的文件名一样在命令中使用。
在创建的FIFO文件用在程序设计中之前，我们先通过普通的文件命令来观察FIFO 文件的行为。
实验：访问FIFO文件（首先空文件：/tmp/my_fifo）
（1）首先，尝试读取这个（空的）FIFO文件：如下（第一行是空的，第二行是在写入了字符之后重新读取的结果）

读取文件

向文件写入数据

（2）我们可以将读取的数据放在后台执行，这样可以一次执行两个命令:

mac实验内容

linux实验内容

实验解析：
因为FIFO 中没有数据，所以cat和echo程序被阻塞了，cat等待数据的到来，而echo 等待其他进程读取数据。 （这个是在后台，在前台可能会被中断）
在上面的第三步中，cat进程一开始就在后台被阻塞了，当echo向它提供了一些数据后，cat命令读取这些数据并把他们打印到标准输出上，然后cat程序退出，不再等待更多的数据。
它没有阻塞是因为当第二个命令将数据放入FIFO 后，管道将被关闭，所以cat程序中的read调用返回0字节，表示已经到达文件尾。

说明：与通过pipe 调用创建管道的不同，FIFO 是以命名文件的形式存在，而不是打开的文件描述符，所以在对它进行读写操作之前必须先打开它。FIFO也用open 和close 函数打开和关闭，这与我们前面看到的对文件的操作一样，但它多了一些其他的功能。对FIFO 来说，传递给open 调用的是FIFO的路径名，而不是一个正常的文件。

（1）使用open打开FIFO 文件

打开FIFO的一个主题限制是：程序不能以O_RDWR模式（是什么???）打开FIFO文件进行读写操作，这样做的后果并未明确定义。但这个限制是有道理的，因为我们通常使用FIFO只是为了单向传递数据，所以没有必要使用O_RDWR模式。如果一个管道以读/写方式打开，进程就会从这个管道读回它自己的输出。 （这个模式应该是读写双向操作）不过命名管道应该是为了单向设计的（管道应该都是）
若是确实需要在程序之间双向传递数据，最好使用一对FIFO或管道，一个方向使用一个，或者（但并不常用）采用先关闭再重新打开FIFO的方法来明确的改变数据流的方向。
（本章后面讨论用FIFO 进行双向数据交换的问题）
PS: 管道应该都是用于程序之间单向传递数据。

打开FIFO 文件和打开普通文件的另一点区别是，对open_flag (open函数的第二个参数)的O_NONBLOCK选项的用法。使用这个选项不仅改变open调用的处理方式，还会改变对这次open调用返回的文件描述符进行的读写请求的处理方式。

O_RDONLY / O_WRONLY / O_NONBLOCK 标志共有4中合法的组合方式，

open(const char *path , O_RDONLY); open调用将阻塞，除非有一个进程以写方式打开同一个FIFO，否则它不会返回。（与前面的cat类似）
open(const char *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);
即使没有其他进程以写方式打开FIFO，这个open调用也将成功并立刻返回。
open(const char *path, O_WRONLY);
open调用将阻塞，知道有一个进程以读方式打开同一个FIFO 为止。
open(const char *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK);
这个函数调用总是立刻返回，但如果没有进程以读方式打开FIFO文件，open调用将返回一个错误的-1并且FIFO 也不会被打开。如果确实有一个进程以读的方式打开FIFO文件，那么我们就可以通过它返回的文件描述符对这个FIFO 文件进行写操作。

注意： O_ONOBLOCK 分别搭配O_RDONLY 和 O_WRONLY 在效果上的不同，如果没有进程以读方式打开管道，非阻塞写方式的open调用将失败，单非阻塞读方式的open调用总是成功。close调用的行为并不受O_ONOBLOCK标志的影响。

下面的例子是通过使用带O_NONBLOCK 标志的open调用的行为来同步两个进程。（这里没有选择使用多个实例程序的做法，而只是使用一个测试程序fifo2.c ,通过给该程序传递不同的参数来观察FIFO的行为）
源码在github上，

代码截图

运行步骤1

（2）运行结果

实验解析：

这个 程序能够在命令上指定我们希望使用的O_RDONLY、O_WRONLY 和O_NONBLOCK的组合方式。它会把命令行参数与程序中的常量字符串进行比较，如果匹配，就（用 |= 操作符）设置相应的标志。程序用access 函数俩检查FIFO 文件是否存在，如果不存在就创建它。
(在这个程序中，一直到最后都么有删除这个FIFO 文件，因为我们没有办法知道是否有其他的程序正在使用它。)

(2)不带O_NONBLOCK 标志的O_RDONLY 和O_WRONLY

测试程序可以使用不同的组合，注意：我们将第一陈旭（读取者）放在后台运行；

运行结果

这个可能是命名管道最常用的方法了，它允许启动读进程，并在open调用中等待，当第二程序打开FIFO文件时，两个程序继续运行。注意：读进程和写进程在open调用处取得同步。

注意：当一个Linux进程被阻塞时，它并不消耗CPU资源，所以这种进程的同步方式对CPU来说是非常有效的。

(3) 带O_NONBLOCK标志的O_RDONLY和不带盖标志的O_WRONLY

读进程执行open调用并立刻继续执行，及时没有写进程的存在。随后写程序开始执行，它也在执行open调用后立刻继续执行，但这次因为FIFO已被读进程打开。

看到并不会等待一定输入

这个过程和上面是有区别的

(4) 对FIFO进行读写操作

使用O_NONBLOCK模式会影响到FIFO的read和write调用。
对一个空的、阻塞的FIFO （即没有用O_NONBLOCK标志打开）的read调用将等待，知道有数据可以读时才执行。与此相反，对一个空的，非阻塞的FIFO 的read调用将立刻返回0字节。
对于一个完全阻塞的FIFO的write调用将等待，知道有数据可以被写入时才继续执行。如果FIFO不能接收所有写入的数据，它将按下面的规则执行。

• 如果请求写入的数据的长度小于等于PIPE_BUF字节，调用失败，数据不能写入。
  *如果请求写入的数据的长度大于PIPE_BUF字节，将写入部分数据，返回实际吸入的字节数，返回值也可能是0.
  FIFO 的长度是需要考虑的一个很重要的因素。系统对任意时刻在一个FIFO中可以存在的而数据长度是有限制的。它由#define PIPE_BUF 语句定义，通常可以在头文件limits.h 中找到他。在Linux和许多其他类UNIX 系统中，它的值通常是4096 字节，但在某些系统中他可能会小到512 字节。系统规定：在一个以O_WRONLY 方式（即阻塞方式）打开的FIFO 中，如果写入的数据长度小于等于PIPE_BUF，那么或者写入全部字节，或者一个字节都不写入。
  虽然，对只有一个FIFO写进程和一个FIFO读进程的简单情况来说，这个显示并不是非常重要，但只使用一个FIFO并允许多个不同的程序向一个FIFO 读继承发送请求的情况很常见的。如果几个不同的程序尝试同时向FIFO写数据，能否拨正来自不同陈旭的数据块不相互交错就非常关键了。也就是每个写操作都必须是“原子化”，如果达到这一点？
  如果能够保证所有的写请求是发往一个阻塞的FIFO的，并且每个写请求的 数据长度小于等于PIPE_BUF字节，系统就可以确保数据决不会交错在一起。通常静每次通过FIFO传递的数据长度限制为PIPE_BUF 字节是个好方法，除非你只使用了一个写继承和一个读进程。

使用FIFO实现进程间通讯。

（管道中的进程通讯是在亲缘的进程之间进行通讯）
命名管道可以在没有亲缘关系的命名管道进行通信的，我们需要用到两个独立的程序;
【分别是fifo3.c(生产者) 、fifo4.c（消费者）】