Linux_ mkfifo 命名管道 操作

1. 管道的缺点
   管道只能在具有“亲戚”关系的进程之间通信。
   即仅当管道由某个进程创建之后，在该进程的所有子孙进程之间，可通过该管道来通信。

   其他情况下的无此“亲戚”关系的进程不能使用管道通信。

   解决办法：使用命名管道

2. 什么是命名管道？
   命名管道是一种特殊的文件，
   命名管道以普通文件的形式（在文件系统中有一个确定的路径和文件名）存在。
   任意进程只要使用该文件就能通信。

   注意：无名管道（即管道），是通过文件描述符的形式使用。
   命名管道，是通过该命令管道文件的“文件名”来使用。

3. 命名管道的创建
   1) 使用mkfifo
   用法： man 3 mkfifo
   原型： int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
   参数： mode，类似于open的第三个参数，表示该管道的访问权限。
   pathname, 表示该命名管道的绝对路径。
   返回值：成功，返回0
   失败，返回-1
   实例： main1.c

             查看已创建的管道
              (1) ls -l  /tmp/myfifo
                   第一个字符为p， 表示该文件是一个管道
              (2) ls -F /tmp/myfifo
                   最后一个字符为|, 表示该文件是一个管道
   

   2) 使用mknod
   用法: man 2 mknod
   原型：int mknod(const char *pathname, mode_t mode, dev_t dev);
   参数：mode, 一定要含有 | S_IFIFO
   注：该API能用来创建各种特殊文件。
   dev, 取0
   实例：main2.c
   返回值：成功，返回0
   失败，返回-1

4. 命令管道的使用
   1) 通过shell命令使用
   假设已有命名管道“/tmp/fifo”,

   (1) 从命名管道读数据，如果没有数据，则将被阻塞
   # cat  /tmp/myfifo            
   
   (2) 在另一个终端上，向该命名管道发送数据
   # echo hello  > /tmp/myfifo
   
   (3) 第(1)中的终端，将读取到数据。
   

   2) 通过open使用命名管道
   (1) open命名管道与open普通文件之间的区别：

         区别1：
        open命名管道时，不能以O_RDWR方式打开，只能以只读或只写方式打开。
                                 因为命名管道是单向的。
                                 如果以读写方式打开，结果将不可预期。
   
                                如果要使用命名管道进行双向数据传输，只能：
                                 a) 创建两个命名管道，分别以不同方向打开。
                                 b) 只创建一个命名管道，
                                      先使用一个方向进行open，传递数据之后，再关闭。
                                      然后再用反方向方式打开，进行反方向传输。
   
      区别2：
      open命名管道时，O_NONBLOCK的意义与普通文件不同。
   
   
        区别3：
        open命名管道时，具有同步作用
   
   (2) open命名管道的合法方式：
        a) 只读阻塞式open
            open(MYFIFO,  O_RDONLY);
            效果：open操作将被阻塞，直到其他进程以写方式打开该FIFO
   
         b) 只写阻塞式open
             write(MYFIFO,  O_WRONLY);
             效果：open操作将被阻塞，直到其他进程以读方式打开该FIFO
   
         c) 只读非阻塞式open
             open(MYFIFO,  O_RDONLY | O_NONBLOCK);
             效果：马上成功返回，无论其他进程是否以写方式打开该FIFO
   
         d) 只写非阻塞式open
             open(MYFIFO,  O_WRONLY | O_NONBLOCK);
             效果：马上返回，无论其他进程是否以读方式打开该FIFO
                      如果其他进程没有以读方式打开该FIFO， 则返回-1，该FIFO打开失败。
                       如果其他进程已经以读方式打开该FIFO， 则返回一个文件描述符，打开成功。
   
        注意：对于FIFO, O_NONBLOCK对于只读和只写有不同的意义！
                 对于普通文件，O_NONBLOCK对于读和写的含义相同。
   

   1. 多进程使用FIFO时的常用组合方式
      多进程在打开FIFO时，能够获得“同步”。

      1) 进程A以只读阻塞式打开FIFO
      进程B以只写阻塞式打开FIFO
      最常用。

      2) 进程A以只读非阻塞式打开FIFO
      进程B以只写阻塞式打开FIFO

      3) 其他组合方式，不常用。

      实例：main3_r.c
      main3_w.c
      在不同终端上运行。

5. 命名管道的读写
   1）读命名管道
   如果FIFO是以阻塞式打开的（即没有使用O_NONBLOCK)
   read时，如果当前该FIFO中没有数据，则阻塞read, 直到FIFO中被写入数据。
   如果当前该FIFO中有数据，则读取数据后返回。

    如果FIFO是以非阻塞式打开的（即使用O_NONBLOCK)
          read时，如果当前该FIFO中没有数据，则马上返回0。
                       如果当前该FIFO中有数据，则读取数据后返回。
   
    如果关闭了FIFO的写端文件描述符，则read直接返回0（无论是否是阻塞式read）
    该特性和两端口的管道相同。
   

   2) 写命名管道
   如果FIFO是以阻塞式打开的（即没有使用O_NONBLOCK)
   write时，如果当前该FIFO不能再写入数据时， 则阻塞write, 直到FIFO可被写入数据。
   如果当前该FIFO还能写入数据，则写数据后返回。

          注：该方式下，如果要写入的数据长度 <= PIPE_BUF, 则要么全部写入，要么都不写入。
   
   
    如果FIFO是以非阻塞式打开的（即使用O_NONBLOCK)
          write时候，如果该FIFO当前还能容纳要写入的全部数据，则写入全部数据后返回。
                          如果该FIFO当前已不能容纳要写入的全部数据，则
                                 如果要写入的数据长度 > PIPE_BUF ,    则写入部分数据，然后返回。
                                                                                        返回值为实际写入的字节数，也可能返回0
                                 如果要写入的数据长度 <= PIPE_BUF ,  则不写入任何数据，然后返回。
   
    如果关闭了FIFO的读端文件描述符，则write可能产生异常，而直接终止程序
   

   3) 写FIFO时的“原子性”
   如果写操作都是阻塞式的，而且每次要写入的数据长度 <= PIPE_BUF,
   那么，各进程的对该FIFO的写操作不会”交错”, 即都是原子性的。

   其他情况，可能发生“交错”。

   所以，每次要写入的字节数最好设置为PIPE_BUF。
   注意：PIPE_BUF在limits.h中定义

   1. 使用命名管道实现IPC
      注意：使用FIFO，进行进程间通信时存在“两级”同步：
      打开时，同步。
      读写时，同步。

      实例：main4.c
      进程A向进程B传送10M数据。
      并测试进程B读取10M数据所耗时间。

      练习：main5.c
      进程A循环等待用户输入，
      用户每输入一个单词后，就把该单词用管道发送给进程B，
      直到用户输入exit。

      进程B每收到一个单词后，就统计该单词的长度并打印输出
      直到进程A结束输入。

6. 使用命令管道来创建服务器和客户端
   代码：
   版本1：客户端关闭时，服务器不关闭
   day5/server_client/
   版本2：客户端关闭时，服务器也关闭。
   day5/server.c
   day5/client.c