服务器serverbuffergcc数据结构Linux进程通信：命名管道FIFO小结
Linux下进程之间通信可以用命名管道FIFO完成。命名管道是一种特殊类型的文件，因为Linux中所有事物都是文件，它在文件系统中以文件名的形式存在。
在程序中，我们可以使用两个不同的函数调用来建立管道：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
int mknode(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t) 0 );
下面先来创建一个管道：
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- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- int main()
- {
- int res = mkfifo("/tmp/my_fifo", 0777);
- if (res == 0)
- {
- printf("FIFO created/n");
- }
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
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- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <limits.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #define FIFO_NAME "/tmp/Linux/my_fifo"
- #define BUFFER_SIZE PIPE_BUF
- #define TEN_MEG (1024 * 1024 * 10)
- int main()
- {
- int pipe_fd;
- int res;
- int open_mode = O_WRONLY;
- int bytes = 0;
- char buffer[BUFFER_SIZE + 1];
- if (access(FIFO_NAME, F_OK) == -1)
- {
- res = mkfifo(FIFO_NAME, 0777);
- if (res != 0)
- {
- fprintf(stderr, "Could not create fifo %s/n", FIFO_NAME);
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- }
- printf("Process %d opening FIFO O_WRONLY/n", getpid());
- pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);
- printf("Process %d result %d/n", getpid(), pipe_fd);
- if (pipe_fd != -1)
- {
- while (bytes < TEN_MEG)
- {
- res = write(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);
- if (res == -1)
- {
- fprintf(stderr, "Write error on pipe/n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- bytes += res;
- }
- close(pipe_fd);
- }
- else
- {
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- printf("Process %d finish/n", getpid());
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
消费者程序
fifo3.c：
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- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <limits.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #define FIFO_NAME "/tmp/Linux/my_fifo"
- #define BUFFER_SIZE PIPE_BUF
- int main()
- {
- int pipe_fd;
- int res;
- int open_mode = O_RDONLY;
- char buffer[BUFFER_SIZE + 1];
- int bytes = 0;
- memset(buffer, '/0', sizeof(buffer));
- printf("Process %d opeining FIFO O_RDONLY/n", getpid());
- pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);
- printf("Process %d result %d/n", getpid(), pipe_fd);
- if (pipe_fd != -1)
- {
- do{
- res = read(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);
- bytes += res;
- }while(res > 0);
- close(pipe_fd);
- }
- else
- {
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- printf("Process %d finished, %d bytes read/n", getpid(), bytes);
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
[cpp] view plain copy print ?
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <limits.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #define SERVER_FIFO_NAME "/tmp/Linux/chaper12/server_fifo"
- #define CLIENT_FIFO_NAME "/tmp/Linux/chaper12/client_%d_fifo"
- #define BUFFER_SIZE PIPE_BUF
- #define MESSAGE_SIZE 20
- #define NAME_SIZE 256
- typedef struct message
- {
- pid_t client_pid;
- char data[MESSAGE_SIZE + 1];
- }message;
接下来是服务器程序
server.c，在这一部分，是以只读阻塞模式打开服务器管道，用于接收客户发送过来的数据，这些数据采用
message结构体封装。
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- #include "client.h"
- int main()
- {
- int server_fifo_fd;
- int client_fifo_fd;
- int res;
- char client_fifo_name[NAME_SIZE];
- message msg;
- char *p;
- if (mkfifo(SERVER_FIFO_NAME, 0777) == -1)
- {
- fprintf(stderr, "Sorry, create server fifo failure!/n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- server_fifo_fd = open(SERVER_FIFO_NAME, O_RDONLY);
- if (server_fifo_fd == -1)
- {
- fprintf(stderr, "Sorry, server fifo open failure!/n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- sleep(5);
- while (res = read(server_fifo_fd, &msg, sizeof(msg)) > 0)
- {
- p = msg.data;
- while (*p)
- {
- *p = toupper(*p);
- ++p;
- }
- sprintf(client_fifo_name, CLIENT_FIFO_NAME, msg.client_pid);
- client_fifo_fd = open(client_fifo_name, O_WRONLY);
- if (client_fifo_fd == -1)
- {
- fprintf(stderr, "Sorry, client fifo open failure!/n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- write(client_fifo_fd, &msg, sizeof(msg));
- close(client_fifo_fd);
- }
- close(server_fifo_fd);
- unlink(SERVER_FIFO_NAME);
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
客户端程序
client.c，这个程序用于向服务器发送消息，并接收来自服务器的回复。
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- #include "client.h"
- int main()
- {
- int server_fifo_fd;
- int client_fifo_fd;
- int res;
- char client_fifo_name[NAME_SIZE];
- message msg;
- msg.client_pid = getpid();
- sprintf(client_fifo_name, CLIENT_FIFO_NAME, msg.client_pid);
- if (mkfifo(client_fifo_name, 0777) == -1)
- {
- fprintf(stderr, "Sorry, create client fifo failure!/n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- server_fifo_fd = open(SERVER_FIFO_NAME, O_WRONLY);
- if (server_fifo_fd == -1)
- {
- fprintf(stderr, "Sorry, open server fifo failure!/n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- sprintf(msg.data, "Hello from %d", msg.client_pid);
- printf("%d sent %s ", msg.client_pid, msg.data);
- write(server_fifo_fd, &msg, sizeof(msg));
- client_fifo_fd = open(client_fifo_name, O_RDONLY);
- if (client_fifo_fd == -1)
- {
- fprintf(stderr, "Sorry, client fifo open failure!/n");
- exit(EXIT_FAILURE);
- }
- res = read(client_fifo_fd, &msg, sizeof(msg));
- if (res > 0)
- {
- printf("received:%s/n", msg.data);
- }
- close(client_fifo_fd);
- close(server_fifo_fd);
- unlink(client_fifo_name);
- exit(EXIT_SUCCESS);
- }
编译程序：
gcc –o server server.c
gcc –o client client.c
测试这个程序，我们需要一个服务器进程和多个客户进程。为了让多个客户进程在同一时间启动，我们使用了
shell命令：
[root@localhost chaper12]# ./server &
[26] 5171
[root@localhost chaper12]# for i in 1 2 3 4 5; do ./client & done
[27] 5172
[28] 5173
[29] 5174
[30] 5175
[31] 5176
[root@localhost chaper12]# 5172 sent Hello from 5172 received:HELLO FROM 5172
5173 sent Hello from 5173 received:HELLO FROM 5173
5174 sent Hello from 5174 received:HELLO FROM 5174
5175 sent Hello from 5175 received:HELLO FROM 5175
5176 sent Hello from 5176 received:HELLO FROM 5176
分析这个例子，服务器以只读模式创建它的
FIFO并阻塞，直到第一个客户以写方式打开同一现个
FIFO来建立连接为止。此时，服务器进程解除阻塞并执行
sleep语句，这使得来自客户的数据排除等候。在实际应用程序中，应该把
sleep语句删除，这里面只是为了演示当有多个客户请求同时到达时，程序的正确操作方法。
与此同时，在客户端打开服务器
FIFO后，它创建自己唯一的一个命名管道以读取服务器返回的数据。完成这些工作后，客户发送数据给服务器（如果管道满或服务器仍处于休眠就阻塞），并阻塞于对自己
FIFO的
read调用上，等待服务器响应。
接收到来自客户的数据后，服务器处于它，然后以写的方式打开客户管道并将处理后的数据返回，这将解除客户端的阻塞状态，客户程序就可以从自己的管道里面读取服务器返回的数据了。
整个处理过程不断重复，直到最后一个客户关闭服务器管道为止，这将使服务器的
read调用失败（返回
0），因为已经没有进程以写方式打开服务器管道了。如果这是一个真正的服务器进程的话，它还需要继续等待其他客户的请求，我们就需要对它进行修改，有两种方法：
（
1）对它自己的服务器管道打开一个文件描述符，这样
read调用将阻塞而不是返回
0。
（
2）当
read调用返回
0时，关闭并重新打开服务器管道，使服务器进程阻塞在
open调用处以等待客户的到来，就像它最初启动时那样。
编译这两个程序：
gcc –o fifo2 fifo2.c
gcc –o fifo3 fifo3.c
运行这两个程序：
[root@localhost chaper12]# ./fifo2 &
à后台执行，写数据
[2] 23121
Process 23121 opening FIFO O_WRONLY
[root@localhost chaper12]# time ./fifo3
à读数据
Process 24155 opeining FIFO O_RDONLY
Process 23121 result 3
Process 24155 result 3
Process 23121 finish
Process 24155 finished, 10485760 bytes read
[2]- Done ./fifo2
real 0m0.214s
user 0m0.000s
sys 0m0.179s
以上两个程序均是使用阻塞模式
FIFO。
Linux会安排好这两个进程之间的调试，使它们在可以运行的时候运行，在不能运行的时候阻塞。因此，写进程将在管道满时阻塞，读进程将在管道空时阻塞。
虚拟机上，
time命令显示，读进程只运行了
0.2秒的时间，却读取了
10M字节的数据。这说明管道在程序之间传递数据是非常有效的。
二、实验：使用
FIFO
的客户
/
服务器应用程序
利用
FIFO实现一个客户
/服务器的应用程序，服务器进程接受请求，对它们进程处理，最后把结果数据返回给发送请求的客户方。
首先建立一个头文件
client.h，它定义了客户和服务器程序都要用到的数据结构，并包含了必要的头文件。
编译这个程序：
gcc –o fifo1.c fifo
运行这个程序：
$ ./fifo1
用
ls命令查看所创建的管道
$ ls -lF /tmp/my_fifo
prwxr-xr-x 1 root root 0 05-08 20:10 /tmp/my_fifo|
注意：
ls命令的输出结果中的第一个字符为
p，表示这是一个管道。最后的
|符号是由
ls命令的
-F选项添加的，它也表示是这是一个管道。
虽然，我们所设置的文件创建模式为“
0777”，但它被用户掩码（
umask）设置（
022）给改变了，这与普通文件创建是一样的，所以文件的最终模式为
755。
打开
FIFO一个主要的限制是，程序不能是
O_RDWR模式打开
FIFO文件进行读写操作，这样做的后果未明确定义。这个限制是有道理的，因为我们使用
FIFO只是为了单身传递数据，所以没有必要使用
O_RDWR模式。如果一个管道以读
/写方式打开
FIFO，进程就会从这个管道读回它自己的输出。如果确实需要在程序之间双向传递数据，最好使用一对
FIFO，一个方向使用一个。
当一个
Linux进程被阻塞时，它并不消耗
CPU资源，这种进程的同步方式对
CPU而言是非常有效率的。
有关
Linux下命名管道
FIFO的读写规则可以参见之前所写的一篇文章：
Linux命名管道FIFO的读写规则。
一、实验：使用
FIFO
实现进程间通信
两个独立的程序：
1. 生产者程序，它在需要时创建管道，然后尽可能快地向管道中写入数据。
2. 消费者程序，它从
FIFO中读取数据并丢弃它们。
生产者程序
fifo2.c：