Linux系统编程--管道和FIFO

管道

$ ls | wc -l
为执行上述命令，shell创建了两个进程来分别执行ls和wc。通过管道连接两个进程。

管道是单向的，允许数据从一个进程流向另一个进程。

一个管道是一个字节流

管道是一个字节流意味着在使用管道时不存在消息或消息边界。从管道中读取数据的进程可以读取任意大小的数据块，而不管写入进程写入管道的数据块大小。通过管道的数据是有顺序的。并且，在管道中无法使用lseek()来随机的访问数据。

从管道中读取数据

试图从一个当前为空的管道中读取数据将会被阻塞直至少有一个字节被写入管道中为止。如果写入端被关闭了，那么从管道中读取数据的进程在读完管道中剩余所有数据之后会看到文件结束（read()返回0)

写入不超过PIPE_BUF字节为原子操作

如果多个进程写入同一个管道，那么如果他们在一个时刻写入的数据量不超过PIPE_BUF字节，那么就可以保证写入的数据不会发生相互混合的情况。在Linux上PIPE_BUF为4096.
当写入的数据块的大小超过PIPE_BUF字节，那么内核可能会将数据分割成几个较小的片段传输。

创建和使用

#include

int pipe(int filefd[2]);

成功调用的pipe会在数组filefd中返回两个打开的文件描述符：一个表示管道的读取端（filefd[0]），一个表示管道的写入端（filefd[1])。
可以对返回的描述符进行read,write。也可以使用fdopen()获取文件流来进行stdio函数操作。

fork()之后，子进程会继承父进程的文件描述符副本。

应当在fork之后立即关闭某一端，保证管道是单向的。
读取端应关闭写入端，这样在当其他进程完成输出并关闭写入端之后，读者可以看到文件结束。如果本身没有关闭写入端，那么将不会看到结束read将一直阻塞。
写入端也应当关闭读取端，当一个进程试图向一个管道中写入数据但没有任何进程拥有该管道的打开这点读取描述符时，内核会向该进程发送SIGPIPE信号。默认情况下会杀死一个进程。但可以通过signal进行忽略或捕获，会导致write返回EPIPE错误而失败。如果没有关闭，则会慢慢充满整个管道，直至阻塞。
下面的代码是创建两个管道，启用父子进程进行双向通信。父进程循环从标准输入读取文本块使用管道发送给子进程，子进程转换成大写在通过另一个管道发回父进程。父进程读取并反馈到标准输出上。ctrl c停止

#include 
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

bool flag;
void handler(int sig)
{
    flag=false;
}
int main()
{
    int fd1[2];
    int fd2[2];
    int ret;
    flag=true;
    char buf[1024];
    char buf1[1024];
    pipe(fd1);
    pipe(fd2);
    struct sigaction sig;
    sig.sa_handler=handler;
    sigaction(SIGINT,&sig,NULL);
    setbuf(stdout,NULL);
    bzero(buf,1024);
    bzero(buf1,1024);
    switch(fork()){
    case 0:
        close(fd1[1]);
        close(fd2[0]);
        while((ret= read(fd1[0],buf,1024))!=0)
       {
          
           int i=0;
           for(;i<ret;i++)
           {
               buf1[i]=toupper(buf[i]);
           }
           write(fd2[1],buf1,ret);
           if(!flag)
               break;
        }
        close(fd1[0]);
        close(fd2[1]);
        printf("child exit");
        _exit(EXIT_SUCCESS);
    default:
         close(fd1[0]);
         close(fd2[1]);
         while((ret=read(STDIN_FILENO,buf,1024))!=0){
    
         write(fd1[1],buf,ret);
         int n;
         n= read(fd2[0],buf1,1024);
         write(STDOUT_FILENO,buf1,n);
         if(!flag)
             break;
    }
         close(fd1[1]);
         close(fd2[0]);
         wait(NULL);
         printf("parent exit");
         exit(EXIT_SUCCESS);        
}
}
         
               
        

FIFO

和管道类似，不同在于FIFO在文件系统中拥有一个名称，其打开方式和普通文件一样。可以用于非相关进程之间的通信。

#include

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

一旦FIFO被创建，任何进程都能够打开它。
一般使用FIFO，都以某一种读取方式打开，如果要读则open( ,O_RDONLY)操作将会阻塞到另一个进程打开FIFO 的写入端。当打开一个FIFO使用O_RDWR标志来绕开阻塞行为时。open（）会立即返回，但不能在返回的文件描述符上进行任何操作。因为这种做法破坏了FIFO 的I/O模型。

非阻塞

可以通过open指定O_NONBLOCK标记来进行非阻塞的打开操作。

《Linux/Unix系统编程手册》