進程間通信之有名管道​

進程間通信有多種方式實現，本文主要講解有名管道的通信方式。

一， 有名管道簡介

匿名管道由於沒有名字，只能用於具有親緣關係的進程間通信。

為了剋服這個缺點，就提出了有名管道（FIFO），也稱為命名管道、FIFO文件。

有名管道（FIFO）提供了一個路徑名與之關聯，以FIFO的文件形式存在於文件系統中，且打開方式與打開一個普通文件是一樣的，即使與FIFO的創建進程不存在親緣關係的進程，只要可以訪問該路徑，就能夠彼此通過FIFO相互通信。因此，通過FIFO不相關的進程也能交換數據。

FIFO文件被打開，就可以使用與操作匿名管道和其它文件的系統調用一樣的I/O系統調用，如使用 read()讀數據，write()寫數據，close()關閉FIFO等。

與管道一樣，FIFO也有一個寫入端和讀取端，且從管道中讀取數據的順序與寫入數據的順序是一樣的。FIFO的名稱也由此而來：先入先出。也是一個環形隊列。

有名管道和匿名管道大部分是相同的，不同在於：

• FIFO在文件系統中作為一個特殊文件存在，FIFO的內容存放在記憶體中；
• 當使用FIFO的進程退出後，FIFO文件將繼續保存在文件系統中以便以後使用；

二， 有名管道的使用

1. 創建有名管道

• 方式1：可以使用命令創建有名管道：

mkfifo 名字

• 方式2：使用函數mkfifo()函數創建有名管道

使用mkfifo創建了FIFO後，就可以使用open打開它，常見的文件I/O函數都可以用於FIFO。

FIFO嚴格遵循先進先出，對FIFO的讀總是從開始處返回數據，對FIFO的寫則是把數據添加到末尾，FIFO不支持lseek()等文件定位的函數。

函數mkkfifo()聲明：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

• 參數說明：
  • pathname：管道名稱的路徑；
  • mode：FIFO的許可權，和open是一樣的；如0664；
• 返回值：成功返回0，失敗返回-1，並設置對應的errno；

創建管道示例：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    // 創建有名管道
    int ret = mkfifo("fifo1",0664);
    if(ret == -1)
    {
        perror("mkfifo");
        return -1;
    }

    return 0;
}

有名管道使用示例，有兩個文件，read.c用來讀管道中的數據，write.c用來向管道寫數據。read.c和write.c的內容如下：

read.c

// 從管道中讀取數據
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{

    // 1. 打開管道文件
    int fd = open("test",O_RDONLY);  // 阻塞，如果沒有寫端打開那麼會一直阻塞在這裡
    if(fd == -1){
        perror("open");
        exit(0);
    }

    // 2. 讀數據
    while (1)
    {
        char buf[1024]={0};
        int len = read(fd,buf,sizeof(buf));
        if(len == -1){
            perror("read");
            exit(0);
        }
        else if(len == 0){
            // len = 0表示已經讀到管道末尾，寫端斷開連接了
            break;
        }
        printf("receive buf: %s\n",buf);
    }

    // 3. 關閉FIFO
    close(fd);
    

    return 0;
}

write.c:

// 向管道中寫數據
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    // 創建有名管道
    // 1. 先判斷文件是否存在
    if(-1 == access("test",F_OK))   // 判斷文件是否存在
    {
        printf("管道不存在，創建管道\n");
        // 2. 創建管道文件
        int ret = mkfifo("test",0664);
        if(ret == -1)
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }

    // 3. 打開管道，以只寫方式打開管道
    int fd = open("test",O_WRONLY);  // 阻塞方式，如果沒有讀端打開，那麼會一直阻塞在這裡
    if(fd == -1)
    {
        perror("open");
        exit(0);
    }

    // 4. 向管道中寫入數據
    for(int i=0;i<100;i++){
        char buf[1024]={0};
        sprintf(buf,"hello, %d\n",i);
        printf("write data : %s\n",buf);
        write(fd,buf,strlen(buf));
        sleep(1);
    }

    // 5. 關閉FIFO
    close(fd);

    return 0;
}

生成可執行文件 read 和 write，當只執行read或只執行write時，會一直阻塞；當兩個文件都執行時，會進行數據傳遞；

2. 有名管道的註意事項

• 一個進程以只讀打開管道會阻塞，直到另外一個進程以只寫打開管道；
• 一個進程以只寫打開管道會阻塞，直到另外一個進程以只讀打開管道；

有名管道的讀寫特性：

• 讀管道
  • 管道中有數據，read返回實際讀到的位元組數；
  • 管道中無數據：
    • 管道寫端被全部關閉，read返回0，相當於讀到文件末尾；
    • 管道寫端沒有被全部，read阻塞等待；
• 寫管道
  • 管道讀端全部關閉，進行異常終止，收到信號SIGPIPE；
  • 管道讀端沒有被全部關閉：
    • 管道已經滿了，write阻塞等待
    • 管道沒有滿，write將數據寫入，並返回實際寫入的實際位元組數

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