Linux系统编程(11)——进程间通信之有名管道

 

管道应用的一个重大限制是它没有名字,因此,只能用于具有亲缘关系的进程间通信,在有名管道(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(能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间),因此,通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是,FIFO严格遵循先进先出(first in first out),对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据,对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。

 

有名管道的创建

#include 
#include 
int mkfifo(const char * pathname, mode_tmode)


该函数的第一个参数是一个普通的路径名,也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时,会返回EEXIST错误,所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误,如果确实返回该错误,那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO,如close、read、write等等。

 

有名管道的打开规则

有名管道比管道多了一个打开操作:open。

FIFO的打开规则:

如果当前打开操作是为读而打开FIFO时,若已经有相应进程为写而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,成功返回(当前打开操作没有设置阻塞标志)。

如果当前打开操作是为写而打开FIFO时,如果已经有相应进程为读而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,返回ENXIO错误(当前打开操作没有设置阻塞标志)。

对打开规则的验证参见附2。

 

有名管道的读写规则

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FIFO,那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作。

如果有进程写打开FIFO,且当前FIFO内没有数据,则对于设置了阻塞标志的读操作来说,将一直阻塞。对于没有设置阻塞标志读操作来说则返回-1,当前errno值为EAGAIN,提醒以后再试。

对于设置了阻塞标志的读操作说,造成阻塞的原因有两种:当前FIFO内有数据,但有其它进程在读这些数据;另外就是FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入,不论信写入数据量的大小,也不论读操作请求多少数据量。

读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用,如果本进程内有多个读操作序列,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)。

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。

注:如果FIFO中有数据,则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞,此时,读操作会返回FIFO中现有的数据量。

 

向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。

 

对于设置了阻塞标志的写操作:

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。

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。

 

对于没有设置阻塞标志的写操作:

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。

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;

 

对FIFO读写规则的验证:

下面的两个程序说明了对FIFO的读写规则。

 

写FIFO的程序:

#include 
#include 
#include 
#include 
#define FIFO_SERVER"/tmp/fifoserver"
main(int argc,char** argv)
//参数为即将写入的字节数
{
         intfd;
         charw_buf[4096*2];
         intreal_wnum;
         memset(w_buf,0,4096*2);
         if((mkfifo(FIFO_SERVER,O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST))
                   printf("cannotcreate fifoserver\n");
         if(fd==-1)
                   if(errno==ENXIO)
                            printf("openerror; no reading process\n");
                  
            fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);
         //设置非阻塞标志
         //fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY,0);
         //设置阻塞标志
         real_wnum=write(fd,w_buf,2048);
         if(real_wnum==-1)
         {
                   if(errno==EAGAIN)
                            printf("writeto fifo error; try later\n");
         }
         else
                   printf("realwrite num is %d\n",real_wnum);
         real_wnum=write(fd,w_buf,5000);
         //5000用于测试写入字节大于4096时的非原子性
         //real_wnum=write(fd,w_buf,4096);
         //4096用于测试写入字节不大于4096时的原子性
        
         if(real_wnum==-1)
                   if(errno==EAGAIN)
                            printf("trylater\n");
}


 

与上一个程序一起测试写FIFO的规则,第一个命令行参数是请求从FIFO读出的字节数

#include 
#include 
#include 
#include 
#define FIFO_SERVER"/tmp/fifoserver"
main(int argc,char** argv)
{
         charr_buf[4096*2];
         int  fd;
         int  r_size;
         int  ret_size;
         r_size=atoi(argv[1]);
         printf("requredreal read bytes %d\n",r_size);
         memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
         fd=open(FIFO_SERVER,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);
         //fd=open(FIFO_SERVER,O_RDONLY,0);
         //在此处可以把读程序编译成两个不同版本:阻塞版本及非阻塞版本
         if(fd==-1)
         {
                   printf("open%s for read error\n");
                   exit();       
         }
         while(1)
         {
                  
                   memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
                   ret_size=read(fd,r_buf,r_size);
                   if(ret_size==-1)
                            if(errno==EAGAIN)
                                     printf("nodata avlaible\n");
                   printf("realread bytes %d\n",ret_size);
                   sleep(1);
         }       
         pause();
         unlink(FIFO_SERVER);
}


 

管道常用于两个方面:

1、在shell中时常会用到管道(作为输入输入的重定向),在这种应用方式下,管道的创建对于用户来说是透明的;

2、用于具有亲缘关系的进程间通信,用户自己创建管道,并完成读写操作。

FIFO可以说是管道的推广,克服了管道无名字的限制,使得无亲缘关系的进程同样可以采用先进先出的通信机制进行通信。

管道和FIFO的数据是字节流,应用程序之间必须事先确定特定的传输"协议",采用传播具有特定意义的消息。


 

 

 

 

 

 

 

转载于:https://www.cnblogs.com/new0801/p/6177031.html

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