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Linux进程间通信-FIFO（命名管道）

Linux 进程 通信
2023-03-15 22:51:00 时间

本系列文章主要是学习记录Linux下进程间通信的方式。

常用的进程间通信方式：管道、FIFO、消息队列、信号量以及共享存储。

参考文档：《UNIX环境高级编程（第三版）》

参考视频：Linux进程通信  推荐看看，老师讲得很不错

Linux核心版本：2.6.32-431.el6.x86_64

注：本文档只是简单介绍IPC，更详细的内容请查看参考文档和相应视频。

本文介绍利用FIFO（命名管道）进行进程间的通信。

1  介绍

FIFO也称为命名管道。未命名的管道只能在两个相关的进程之间使用，而且这两个相关进程有一个共同的祖先进程。但是，FIFO可在不相关的进程间交换数据。

本质是内核中的一块缓存，另在文件系统中以一个特殊的设备文件（管道文件）存在。

在文件系统中只有一个索引块存放文件的路径，没有数据块，所有数据存放在内核中。

命令管道必须读和写同时打开，否则单独读或者单独写会引发阻塞。

2  函数原型

1 #include <sys/types.h>
2 #include <sys/stat.h>
3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
4 int mkfifoat(int dirfd, const char *pathname, mode_t mode);
5 说明：创建一个FIFO
6 返回值：成功返回0；出错返回-1。
7 参数[in]：mode参数和open参数相同；
8 参数[in]：pathname文件路径名。
9 参数[in]：dirfd打开目录的有效文件描述符，若pathname是绝对路径名，此参数被忽略；若是相对路径路径名，此参数是一个打开目录的有效文件描述符。

3  操作

创建FIFO时，要用open来打开它。当write一个没有进程为读而打开的FIFO时，会产生信号SIGPIPE；当某个FIFO的最后一个写进程关闭了该FIFO，则将为该FIFO的读进程产生一个文件结束标志。

一旦已经用mkfifo创建了一个FIFO，就可用open打开它，一般的文件I/O函数（close、read、write、unlink等）。

4  测试代码

 分别创建一个读和一个写进程，对同一个命令管道进行读写操作。

读进程fifo_read.c：

 1 #include <sys/types.h>
 2 #include <sys/stat.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <stdio.h>
 5 #include <stdlib.h>
 6 
 7 int main(int argc, char *argv[])
 8 {
 9     if (argc < 2) {
10         printf("usage:%s fifo
", argv[0]);
11         exit(1);
12     }
13     printf("open fifo read...
");
14     int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
15     if (fd < 0) {
16         perror("open error");
17         exit(1);
18     } else {
19         printf("open file success: %d
", fd);
20     }
21     //从命名管道中读取数据
22     char buf[512] = {0};
23     while (read(fd, buf, sizeof(buf)) < 0) {
24         perror("read error");
25     }
26     printf("%s
", buf);
27     close(fd);
28 
29     return 0;
30 }
View Code

写进程fifo_write.c：

 1 #include <sys/types.h>
 2 #include <sys/stat.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <stdio.h>
 5 #include <stdlib.h>
 6 #include <string.h>
 7 
 8 int main(int argc, char *argv[])
 9 {
10     if (argc < 2) {
11         printf("usage: %s fifo
", argv[0]);
12         exit(1);
13     }
14     printf("open fifo write...
");
15     int fd = open(argv[1], O_WRONLY);
16     if (fd < 0) {
17         perror("open error");
18         exit(1);
19     } else {
20         printf("open fifo success: %d
", fd);
21     }
22     char *s = "123456789";
23     size_t size = strlen(s);
24     if (write(fd, s, size) != size) {
25         perror("write error");
26     }
27     close(fd);
28 
29     return 0;
30 }
View Code

测试步骤：

1、先分别编译这两个程序：

[root@192 ipc]# gcc -o bin/fifo_read fifo_read.c   

[root@192 ipc]# gcc -o bin/fifo_write fifo_write.c 

2、使用mkfifo创建一个命名管道：[root@192 ipc]# mkfifo s.pipe

3、单独只执行其中的一个进程，会阻塞住：

 4、另外打开一个终端，执行写进程：

 这时读进程也得到了执行：

5  匿名管道和命名管道读写的相同点

（1）默认都是阻塞性读写；

（2）阻塞不完整管道（有一端关闭）

  • 单纯读时，在所有数据被读取后，read返回0，以表示到达了文件尾部；
  • 单纯写时，则产生信号SIGPIPE，如果忽略该信号或捕捉该信号并从处理程序返回，则write返回-1，同时errno设置为EPIPE。

（3）阻塞完整管道（两端都开启）

  • 单纯读时，要么阻塞，要么读取到数据；
  • 单纯写时，写到管道满时会出错。

（4）非阻塞不完整管道（有一端关闭）

  • 单纯读时直接报错；
  • 单纯写时，则产生信号SIGPIPE，如果忽略该信号或捕捉该信号并从处理程序返回，则write返回-1，同时errno设置为EPIPE。

（5）非阻塞完整管道（两端都开启）

  • 单纯读时直接报错；
  • 单纯写时，写到管道满时会报错。

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