【Linux】-进程间通信-命名管道文件（没有关系的进程间进行通信），以及写一个日志模板

作者：小树苗渴望变成参天大树
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前言

今天博主开始给大家讲解一下命名管道文件，就是相比较于匿名管道，是有名字的，命名管道文件的特点进行没有任何关系的进程间进行通信，他的原理几乎和匿名管道差不多，但是还是有差距，博主在匿名管道哪里没讲开，因为需要两者对比的区分开才更有效果，他进行通信的时候和文件操作差不多，话不多说，开始进入正文讲解

讲解逻辑：

1. 演示命名管道文件
2. 理解命名管道文件
3. 编码实现

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一、演示命名管道文件

我们在命令行当中通过指令来实现两个进程之间的通信，因为指令也是程序，每个指令互相都是没有关系的，我们使用mkfifo这个指令来创建命名管道文件

mkfifo myfifo

通过上面的演示，我们echo往管道文件写入，但是他是阻塞的，等到有人来读取他，他才没有阻塞，所以我们得出来一个结论，我们管道文件只有在读写端都接入的时候，才会被打开。这也是管道文件的一个特性，符合同步互斥机制。

管道文件的演示很简单，接下来我们直接来谈谈他的理解

二、理解

大家应该很奇怪，为什么叫理解，不讲原理吗，原因是我们的命名管道和匿名管道原理差不多，但是周边有点小不同，需要大家去理解一下。

1. 如果两个不同的进程打开同一个文件的时候，os会打开几个文件？答案是一个，文件系统只需要管理一份就好，相信细心的小伙伴发现了·，博主将匿名的，叫做匿名管道，将命名的，叫做命名管道文件，说明在本质上我们的匿名管道不是我们用户看到的文件一样，

可以简单理解命名管道文件在普通文件和匿名管道之间，但是效率还是匿名管道强一点，因为少了一层拷贝，我们可以通过下面的脚本来观察，管道文件确实是不刷盘的。

博主使用一直往管道问价那里面然后读取，我们使用 ls -l | grep myfifo 去查看，发现文件大小一直为0，所以内容不在硬盘上。

2. 进程间通信的本质是，让不同的进程看到不同的资源，有了上面的理解1，这份资源也是os给的，而且管道文件也不在硬盘上，博主这是云服务器，当我们在后台开机重启的时候，这个管道文件应该也随之消失，他的生命周期是随着内核的，而不是随着进程的，通过上面的演示也可以看出来，我们的程序结束了，他依旧存在，还有大家别重新打开xshell，然后发现管道文件还在，难道博主说的不对，你重新打开xshell只是bash这个进程重新加载了，就好比你关闭电脑上的一个软件重新启动一样，大家别搞错了，我们的Linux系统是一直在运行的。
3. 通过理解2，我们创建了管道文件，是为了让不同进程看到同一份资源，也就是看到这个管道文件，那你是怎么知道这两个进程打开的是同一个文件呢？？答案是同路径下同文件名，路径天生是唯一的，根据文件系统的知识，我们同路径下的文件名也是唯一的，所以通过这两点–唯一性，让不同的进程打开的是同一个文件。至此我们建立了命名管道文件。

通过上面的理解，大家应该理解了命名管道文件，原理和匿名很相似，所以接下来博主直接带大家来编写大家，让大家更好的理解

三，编写代码

既然是命名管道文件，肯定不能像创建普通文件一样使用mkdir去创建，按照我们之前的经验，准确来说是进程间通信的本质，我们认为这个命名管道文件应该是由操作系统去创建，我们来看看怎么在代码中创建管道：

第一个参数是创建管道的路径和文件名，第二个参数文件

用完想删除管道文件，使用unlink函数

传刚才文件的路径和文件名就可以了

serverPipe.cc

#include "fifo.hpp"

//此进程是服务端，给客户端发送内容的
int main()
{
    //创建管道文件
    int n=mkfifo(PATHNAME,MODE);
    if(n<0)
    {
        perror("mkfifo:");
        exit(EXIT_MKFIFO);
    }
    
    //打开管道，等待读入方打开管道，这个才会打开
    int fd=open(PATHNAME,O_WRONLY);
    if(fd<0)
    {
        perror("open:");
        exit(EXIT_OPEN);
    }

    //进行通信
    string s;
    while(true)
    {
        cout << "Please Enter@ ";
        getline(cin, s);
        write(fd,s.c_str(),s.size());
    }

    //关闭管道
    close(fd);


    //删除管道文件
    int m=unlink(PATHNAME);
    if(m<0)
    {
        perror("unlink:");
        exit(EXIT_UNLINK);
    }
    return 0;
}

clientPipe.cc

#include "fifo.hpp"

//此进程是客户端，接收服务端发过来的消息
int main()
{
    //创建管道文件另一个进程已经帮助我们做好了，我们拿来使用就好了

    int fd=open(PATHNAME,O_RDONLY);
    if(fd<0)
    {
        perror("open:");
        exit(EXIT_OPEN);
    }

    char buffer[N];
    while(true)
    {
        buffer[0]=0;
        size_t n=read(fd,buffer,sizeof(buffer));
        if (n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            cout << "server say# " << buffer << endl;
        }
        else if (n == 0)
        {
            printf("server quit, me too!, error string: %s, error code: %d\n", strerror(errno), errno);
            break;
        }
        else
            break;
    }
    close(fd);
    return 0;
}

fifo.hpp

#pragma once

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

using namespace std;

#define PATHNAME "./myfifo"  //创建管道文件的路径和文件名
#define MODE 0664  //权限
#define N 1024

#define EXIT_MKFIFO -1
#define EXIT_OPEN -2
#define EXIT_UNLINK -3

这个理解起来不难，大家也看到效果了。读端会等待写端，所以也是具有同步互斥机制的

但是代码不够优雅，博主选择将创建管道和删除管道，放到一个类里面，都放在头文件里面：

fifo.hpp

#pragma once

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

using namespace std;

#define PATHNAME "./myfifo"  //创建管道文件的路径和文件名
#define MODE 0664  //权限
#define N 1024

#define EXIT_MKFIFO -1
#define EXIT_OPEN -2
#define EXIT_UNLINK -3


class Init
{
public:
    Init()
    {
        int n=mkfifo(PATHNAME,MODE);
        if(n<0)
        {
            perror("mkfifo:");
            exit(EXIT_MKFIFO);
        }
    }
    ~Init()
    {
        int m=unlink(PATHNAME);
        if(m<0)
        {
            perror("unlink:");
            exit(EXIT_UNLINK);
        }
    }
};

四、编写日志代码

我们发现每次写代码打印错误信息的时候，都是直接写的，而现在博主就交给你们一个办法，以后再学习中都可以使用到，而且这个以后去公司的时候，也不需要你自己去写的，我们了解这个原理就可以了，这里会介绍一些不常用的函数接口，接下来博主就来介绍一下什么是日志。

4.1代码

我们的日志是有等级之分的，先简单的来区分一下：

#define INFO 0  //常规消息
#define WARNING 1 //警告消息
#define ERROR 2 //错误消息
#define FATAL 3 //非常严重消息
#define DEBUG 4 //调试消息

日志一般都会有时间的，所以要重点介绍一下获取时间的函数，其次日志等级是认为规定，所以传参要传等级，我们打印的格式以及要打印多少个信息也是我们认为控制的，所以最好传可变参数，这样就可以很好的控制了。类似于这样：
log(INFO, "server open file done, error string: %s, error code: %d", strerror(errno), errno);

博主先把代码粘贴出来，再来解释博主认为你们不理解的地方

#include
#include
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

//日志等级
#define INFO 0  //常规消息
#define WARNING 1 //警告消息
#define ERROR 2 //错误消息
#define FATAL 3 //非常严重消息
#define DEBUG 4 //调试消息

//打印方式
#define SCREEN  0
#define ONEFILE 1
#define CLASSFILE 2

#define SIZE 1024
#define LOGTXT "log.txt" //默认的存放所有日志信息的文件
class Log
{
public:
    Log()
    {
        printmethod=SCREEN;//默认的打印方式
        path="./log/";//默认的存放日志的路径
    }
    void enable(int method)
    {
        printmethod=method;//自定义打印方式
    }
    string leveltostring(int level)//将日志等级信息转换成字符串，打印的时候要使用到
    {
        switch(level)
        {
            case INFO:return "INFO:";
            case WARNING:return "WARNING:";
            case ERROR:return "ERROR:";
            case FATAL:return "FATAL:";
            case DEBUG:return "DEBUG:";
            default:return "NONE";
        }
    }
    void operator()(int level,const char* famat,...)
    {
        time_t t=time(nullptr);//获得时间戳
        struct tm*ctime=localtime(&t);//这是获取当地的一个时间，这个结构体李米娜有许多属性。

        char leftbuffer[SIZE];//存放日志时间等信息
        snprintf(leftbuffer,sizeof(leftbuffer),"[%s][%d-%d-%d-%d:%d:%d]",leveltostring(level).c_str(),ctime->tm_year+1990,ctime->tm_mon+1,ctime->tm_mday,ctime->tm_hour,ctime->tm_min,ctime->tm_sec);

        va_list s;
        va_start(s,famat);
        char rightbuffer[SIZE];//存放日志等级信息，有用户去决定的
        vsnprintf(rightbuffer,sizeof(rightbuffer),famat,s);
        va_end(s);

        char logtxt[SIZE*2];//拼在一起
        snprintf(logtxt,sizeof(logtxt),"%s %s",leftbuffer,rightbuffer);


        printfmethod(level,logtxt);//打印方式
    }

    void printfmethod(int level,const string&logtxt)
    {
        switch(printmethod)
        {
            case SCREEN:
                cout<<logtxt<<endl;
            break;
            case ONEFILE:
                printfonefile(LOGTXT,logtxt);//本来一个参数就可以，但是为了适配下面函数的调用，加了一个参数
            break;
            case CLASSFILE:
                printfclassfile(level,logtxt);
            break;
        }
    }

    void printfonefile(const string& logname,const string&logtxt)
    {
        string _logtxt=path+LOGTXT;
        int fd=open(_logtxt.c_str(),O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND);
        if(fd<0)
        {
            perror("open:");
            return;
        }
        write(fd,logtxt.c_str(),logtxt.size());
        close(fd);

    }

    void printfclassfile(int level,const string&logtxt)//多文件打印
    {
        string _logtxt=LOGTXT;
        _logtxt+=".";
        _logtxt+=leveltostring(level);//为了区分不同的日志等职，分别放到不同的文件里面。
        printfonefile(_logtxt,logtxt);
    }
    ~Log()
    {

    }
private:
    int printmethod;//打印方式
    string path;//使日志文件和可执行程序不在一个目录下，单独建立一个目录
};

4.2 介绍知识点

第一个：va_list是什么，这是类型，而va_start这其实是一个读取可变模板参数的起始位置的函数，我给大家据一个例子：任意数相加

int sum(int n,...)
{
    va_list s;
    va_start(s,n);
    int sum=0;

    while(n)
    {
        sum+=va_arg(s,int);
        n--;
    }
    va_end(s);
    return sum;
}

所以我们对于这种可变参数在一开始都至少有一个形参。这样大家应该知道作用了吧，我们在写rightbuffer这个字符串的时候还需要一个函数vsnprintf

这样就很明显看出来这个函数的作用了。

第二个
我们来看获取时间的函数，最重要的localtime·

这样一看就很清楚了，只是陌生函数多了，但是理解起来和用法都很简单。

4.3 看加入日志的效果

1. 往屏幕上打印：
   

通过打印出来的日志我们也可以发现，我们的管道只有双方都打开才会打开。这样打出来的消息就很规范

2. 往一个文件里面打印
   通过log.enable(ONEFILE);去修改打印方式
   

3. 往多个文件打印，分类

4. 通过log.enable(CLASSFILE);去修改打印方式
   

通过上面的演示，我们发现我们以后想要打印一些错误信息，就可以来复用这个模板了，让程序看上去非常的优雅。大家下去在好好的理解一下这个模板。

五、总结

今天讲解了命名管道，有了匿名管道的铺垫，我们在理解命名管道的时候就简单许多，所以操作来说也是很简单的，大家下去夺取理解就好了，我们今天讲的重点还有一个就是日志，这个让大家以后都可以重复使用的一个模板非常的方便，大家如果不想去实现，就使用博主写的吧，希望大家下去实现以下，这样更容易理解，而且更有印象。我们下篇讲解的是共享内存的知识，希望大家过啊里支持一下