【Linux】 进程通信--命名管道


在之前的博客中介绍了进程通信中的无名管道通信pipe,也对无名管道的局限性进行了剖析。

在这里,提出命名管道的概念FIFO,可解决无名管道的局限性,命名管道到底是通过什么机制进行通信的?请看下面


命名管道(FIFO)

                          ————顾名思义,first input first output,按照先进先出的原则工作,第一个被写入的数据将首先从管道中读出。

1.概念

管道的一个不足之处是没有名字,因此,只能用于具有亲缘关系的进程间通信,在命名管 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的文件形式存储于文件系统中。命名管道是一个设备文件,因此,即使进程与创建FIFO的进程不存在亲缘关系,只要可以访问该路径,就能够通过FIFO 相互通信。


2.命名管道的创建与读写

Linux下有两种⽅方式创建命名管道。一是在Shell下交互地建立一个命名管道;

二是在程序中使⽤用系统函数建⽴立命名管道。Shell⽅方式下可使⽤用mknod或mkfifo命令。


下⾯面命令使⽤用 mknod创建了⼀一个命名管道:

mknod namedpipe 

创建命名管道的系统函数有两个:mknod和mkfifo。

两个函数均定义在头⽂文件sys/stat.h, 函数原型如下:

#include 
#include 
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mode);  

 函数mknod参数中path为创建的命名管道的全路径名:mod为创建的命名管道的模式,指明其存取权限;dev为设备值,该值取决于文件创建的种类,它只在创建设备文件时才会用到。


mknod和mkfifo两个函数调用成功都返回0,失败都返回  -1。

下面使用mknod函数创建了⼀个命名管道:

umask(0)
if (mknod("/tmp/fifo",S_IFIFO | 0666) == -1)
{ 
    perror("mkfifo error");
   exit(1);
}     

函数mkfifo前两个参数的含义和mknod相同下面是使用mkfifo的示例代码:

umask(0); 
if (mkfifo("/tmp/fifo",S_IFIFO|0666) == -1) 
{ 
    perror("mkfifo error!"); 
    exit(1); 
}  

S_IFIFO|0666  指明创建一个命名管道且存取权限为0666,即创建者,与创建者同组的用户,其他用户对该命名管道的访问权限都是可读可写(注意umask对生成的管道文件权限的影响)


  命名管道创建后就可以使⽤用了,命名管道和管道的使用方法基本是相同的。只是使用命 名管道时,必须先调⽤用open()将其打开。因为命名管道是一个存在于硬盘上的文件,而管道 是存在于内存中的特殊文件。    

注意,调用open()打开命名管道的进程可能会被阻塞。但如果同时用读写方式 (O_RDWR)打开,则一定不会导致阻塞;如果以只读方式(O_RDONLY)打开,则调用open()函数的进程将会被阻塞直到有写方打开管道;同样以写方式(O_WRONLY)打开也会阻塞直到有读方式打开管道。


三.总结

文件系统中的路径名是全局的,各进程都可以访问,因此可以用文件系统中的路径名来标识⼀一 个IPC通道。  命名管道也被称为FIFO文件,它是一种特殊类型的文件,它在文件系统中以文件名的形式存在,但是它的行为却和之前所讲的没有名字的管道(匿名管道)类似。 由于Linux中所有的事物都可被视为⽂文件,所以对命名管道的使用也就变得与文件操作非常的统⼀,也使它的使用非常方便,同时我们也可以像平常的文件名⼀样在命令中使用。

创建命名管道可以用两个函数,函数原型如下:

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

这两个函数都能创建⼀一个FIFO文件,注意是创建⼀一个真实存在于文件系统中的文件, filename指定了文件名,而mode则指定了文件的读写权限。mknod是比较老的函数,而使用 mkfifo函数更加简单和规范,所以建议在可能的情况下,尽量使用mkfifo而不是mknod。 mkfifo函数的作用是在文件系统中创建⼀一个文件,该文件⽤用于提供FIFO功能,即命名管道。 前边讲的那些管道都没有名字,因此它们被称为匿名管道,或简称管道。对文件系统来说, 匿名管道是不可见的,它的作用仅限于在父进程和子进程两个进程间进行通信。⽽命名管道是一个可见的⽂文件,因此,它可以用于任何两个进程之间的通信,不管这两个进程是不是⽗子进程,也不管这两个进程之间有没有关系。


FIFO read端:

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#define _PATH_ "/tmp/file.tmp" 
#define _SIZE_ 100 
int main() 
{
int fd = open(_PATH_, O_RDONLY);
 if(fd < 0)
{  
    printf("open file error!\n");                   		
    return 1;                   	
}          	
char buf[_SIZE_];          
memset(buf, '\0', sizeof(buf));      
while(1)
{          	
    int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));                   		
    if (ret <= 0)//error or end of file                   	
    {              
       printf("read end or error!\n");            
       break;                     
    }           
    printf("%s\n", buf);                
   if( strncmp(buf, "quit", 4) == 0 )
    {       
       break;    
    }  
}            
close(fd);    
return 0;          
} 
 

FIFOwrite端:

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#define _PATH_ "/tmp/file.tmp" 
#define _SIZE_ 100 
int main() 
{ 	
   int ret = mkfifo(_PATH_,0666|S_IFIFO);          	
   if(ret == -1)
   {          		
       printf("mkfifo error\n");                   		
       return 1;                   	
   }          	
   int fd = open(_PATH_, O_WRONLY);          	
   if(fd < 0)
   {          		
      printf("open error\n");                   	
   }          	
   char buf[_SIZE_];          	
   memset(buf, '\0', sizeof(buf));          	
  while(1)
  {           		
     scanf("%s", buf);                   		
     int ret = write(fd, buf, strlen(buf)+1);                   		
     if(ret < 0)
     {                   			
       printf("write error\n");                            			
       break;                            		
     }                   		
    if( strncmp(buf, "quit", 4) == 0 )
    {                   			
       break;                            		
    }                   	
  }              
close(fd); 	
return 0;          
} 



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