【Linux】进程间通信 -- 命名管道 | mkfifo调用

小实验

1.我们首先创建两个文件

client.cpp:

#include 
using namespace std;
int main()
{
    cout<<"hello client"<<endl;
    return 0;
}

server.cpp:

#include 
using namespace std;
int main()
{
    cout<<"hello server"<<endl;
    return 0;
}

然后创建Makefile使得我们更方便的去编译：

.PHONY:all
all:server client

server:server.cpp
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
client:client.cpp
	g++ -o $@ $^ -std=c++11

.PHONY:clean
clean:
	rm -f server client

这样我们使用一条指令编译两个文件：

2.我们使用创建命名管道的命令mkfifo

[AMY@VM-12-15-centos lesson_15]$ mkfifo named_pipe
[AMY@VM-12-15-centos lesson_15]$ ll -i
total 12
664845 -rw-rw-r-- 1 AMY AMY 102 Jun 29 15:17 client.cpp
664846 -rw-rw-r-- 1 AMY AMY 157 Jun 29 15:19 Makefile
658324 prw-rw-r-- 1 AMY AMY   0 Jun 29 15:29 named_pipe
664847 -rw-rw-r-- 1 AMY AMY 102 Jun 29 15:17 server.cpp
[AMY@VM-12-15-centos lesson_15]$ 

我们可以发现我们创建的named_pipe是以p开头而且有自己独立的inode，说明它是一个独立的管道文件

3.开始执行

我们执行下面脚本，主要的功能就是使用echo循环输出hello world!到管道文件named_pipe

cnt=0; while :; do echo "hello world! -> $cnt"; let cnt++; sleep 1; done > named_pipe

我们发现，我执行输出到管道文件，但是管道文件里面的文件大小始终没有变化且为0

我们再使用cat命令将管道文件named_pipe的内容，重定向输出到显示器，能看到脚本循环输出的值，且是从0开始的

命名管道是如何做到让不同的进程，先看到了同一份资源?可以让不同的进程打开指定名称(路径+文件名)的同一个文件
原因是：路径+文件名=唯一性(匿名管道是通过继承)

在语言层面使用命名管道实现通信

1.创建命名管道-函数mkfifo

comm.hpp创建一个管道文件

#pragma once

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

#define NAMED_PIPE "/tmp/my_named_pipe"
//创建指定路径上的命名管道
bool createFifo(const std::string &path)
{
    umask(0);//将权限掩码设置为0
    int n = mkfifo(path.c_str(), 0600);
    if (n == 0)
        return true;
    else
    {
        std::cout << "errno: " << errno << " err string: " << strerror(errno) << std::endl;
        return false;
    }
}
//删除指定路径上的命名管道
void removeFifo(const std::string &path)
{
    int n = unlink(path.c_str());
    assert(n == 0);
    (void)n;
}

解释：函数createFifo的作用是创建一个匿名管道，而它传入的参数path则是创建的命名管道的路径。函数调用mkfifo(path.c_str(), 0600)来创建一个命名管道。mkfifo()是一个系统调用，用于创建一个新的命名管道。它的第一个参数是一个指向管道路径的字符串，第二个参数是一个表示权限位的八进制数。在这个例子中，权限被设置为"0600"，表示只有管道的所有者可以读写，其他用户没有任何访问权限。

返回值：如果mkfifo()调用成功，它将返回0，函数将返回true表示管道创建成功。如果mkfifo()调用失败，它将返回-1，并设置全局变量errno来指示错误的类型。函数将打印错误信息并返回false表示管道创建失败。strerror(errno)用来获取对应错误码的错误信息。

2.写入端代码

client.cpp:

#include "comm.hpp"
int main()
{
    std::cout << "client begin" << std::endl;
    int wfd = open(NAMED_PIPE, O_WRONLY);//仅以写入模式打开
    std::cout << "client end" << std::endl;
    if(wfd < 0) exit(1); 

    //write
    char buffer[1024];
    while(true)
    {
        std::cout << "Please Say# ";
        fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin); // abcd\n
        if(strlen(buffer) > 0) buffer[strlen(buffer)-1] = 0;
        ssize_t n = write(wfd, buffer, strlen(buffer));
        assert(n == strlen(buffer));
        (void)n;
    }

    close(wfd);
    return 0;
}

代码功能：从标准输入stdin读取用户输入，并将其写入到一个命名管道中
解释：
fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);用于从标准输入读取一行文本。fgets()是一个标准库函数，用于从指定的文件流中读取一行文本。它的第一个参数是一个字符数组，用于存储读取的文本，第二个参数是数组的长度，第三个参数是要读取的文件流。在本例中，fgets()将从标准输入(stdin)中读取一行文本，并将其存储到buffer数组中。

if(strlen(buffer) > 0) buffer[strlen(buffer)-1] = 0;用于去掉输入文本中的换行符\n，因为fgets()函数会将输入文本中的换行符也读取进来。如果输入文本的长度大于0，则将最后一个字符设为0，以去掉换行符。

ssize_t n = write(wfd, buffer, strlen(buffer));用于将去掉换行符的输入文本写入到命名管道中。write()是一个系统调用，用于向文件描述符中写入数据。它的第一个参数是文件描述符，第二个参数是要写入的数据，第三个参数是要写入的数据长度。在本例中，wfd是命名管道的文件描述符，buffer是要写入的数据，strlen(buffer)是要写入的数据长度。

assert(n == strlen(buffer));用于确保写入操作成功，并且写入的数据长度与预期的长度相同。assert()是一个断言宏，用于在条件不满足时引发一个断言错误。在本例中，如果写入操作失败或者写入的数据长度与预期的长度不同，assert()将引发一个断言错误，并停止程序的执行。(void)n;用于避免编译器警告未使用变量n的情况。（因为Linux默认编译是release版本的，而release版本的assert会失效）

3.读取端代码

server.cpp:

#include "comm.hpp"

int main()
{
	//创建管道并检查是否创建好
    bool r = createFifo(NAMED_PIPE);
    assert(r);
    (void)r;

    std::cout << "server begin" << std::endl;
    int rfd = open(NAMED_PIPE, O_RDONLY);//打开文件以只读方式
    std::cout << "server end" << std::endl;
    if(rfd < 0) exit(1);

    //read
    char buffer[1024];
    while(true)
    {
        ssize_t s = read(rfd, buffer, sizeof(buffer)-1);
        if(s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            std::cout << "client->server# " << buffer << std::endl;
        }
        else if(s == 0)
        {
            std::cout << "client quit, me too!" << std::endl;
            break;
        }
        else
        {
            std::cout << "err string: " << strerror(errno) << std::endl;
            break;
        }
    }

    close(rfd);
    removeFifo(NAMED_PIPE);
    return 0;
}

代码功能：使用一个无限循环，从一个命名管道中读取数据，并将读取到的数据打印到标准输出stdout上
解释：
ssize_t s = read(rfd, buffer, sizeof(buffer)-1);用于从命名管道中读取数据。read()是一个系统调用，用于从文件描述符中读取数据。它的第一个参数是文件描述符，第二个参数是用于存储读取数据的缓冲区，第三个参数是缓冲区的长度。在本例中，rfd是命名管道的文件描述符，buffer是用于存储读取数据的缓冲区，sizeof(buffer)-1是缓冲区的长度。

if(s > 0)用于判断是否成功读取到数据。如果s大于0，则说明成功读取到数据。buffer[s] = 0;用于将读取到的数据转换为字符串，并在字符串末尾添加一个空字符，以便将其打印到标准输出上。std::cout << "client->server# " << buffer << std::endl;用于将读取到的数据打印到标准输出上。

else if(s == 0)用于判断是否已经读取到了命名管道的末尾。如果s等于0，则说明已经读取到了命名管道的末尾，即客户端已经关闭了管道。此时程序将打印一条消息并退出循环。

else用于处理读取数据时发生的错误。如果s小于0，则说明读取数据时发生了错误。strerror(errno)用于获取错误信息，并将其打印到标准输出上。break用于退出循环。

小细节：

    std::cout << "server begin" << std::endl;
    int rfd = open(NAMED_PIPE, O_RDONLY);
    std::cout << "server end" << std::endl;

我们发现./server运行后输出"server begin"之后到open阻塞了，而是要等./client后才会继续执行，因为读取端打开要等写入端也打开才会继续运行，也就是说两者都要同时打开才能运行这个管道

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如有错误或者不清楚的地方欢迎私信或者评论指出