linux系統編程之管道（三）：命令管道（FIFO)

時間  2019-11-11
標籤 linux 系統 編程 管道 命令 fifo 欄目 Linux 简体版
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一，匿名管道PIPE侷限性

管道的主要侷限性正體如今它的特色上：html

  • 只支持單向數據流；
  • 只能用於具備親緣關係的進程之間；
  • 沒有名字；
  • 管道的緩衝區是有限的（管道制存在於內存中，在管道建立時，爲緩衝區分配一個頁面大小）；
  • 管道所傳送的是無格式字節流，這就要求管道的讀出方和寫入方必須事先約定好數據的格式，好比多少字節算做一個消息（或命令、或記錄）等等；

若是咱們想在不相關的進程之間交換數據，可使用FIFO文件來作這項工做，它常常被稱爲命名管道，是一種特殊類型的文件。linux

二，命名管道FIFO。

2.1 有名管道相關的關鍵概念

管 道應用的一個重大限制是它沒有名字，所以，只能用於具備親緣關係的進程間通訊，在有名管道（named pipe或FIFO）提出後，該限制獲得了克服。FIFO不一樣於管道之處在於它提供一個路徑名與之關聯，以FIFO的文件形式存在於文件系統中。這樣，即 使與FIFO的建立進程不存在親緣關係的進程，只要能夠訪問該路徑，就可以彼此經過FIFO相互通訊（可以訪問該路徑的進程以及FIFO的建立進程之 間），所以，經過FIFO不相關的進程也能交換數據。值得注意的是，FIFO嚴格遵循先進先出（first in first out），對管道及FIFO的讀老是從開始處返回數據，對它們的寫則把數據添加到末尾。它們不支持諸如lseek()等文件定位操做。app

2.2有名管道的建立

命名管道能夠從命令行上建立，命令行方法是使用下面這個命令： 函數

$ mkfifo filename this

命名管道也能夠從程序裏建立，相關函數有：spa

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

該函數的第一個參數是一個普通的路徑名，也就是建立 後FIFO的名字。第二個參數與打開普通文件的open()函數中的mode 參數相同。 若是mkfifo的第一個參數是一個已經存在的路徑名時，會返回EEXIST錯誤，因此通常典型的調用代碼首先會檢查是否返回該錯誤，若是確實返回該錯 誤，那麼只要調用打開FIFO的函數就能夠了。通常文件的I/O函數均可以用於FIFO，如close、read、write等等。.net

man幫助說明：命令行

DESCRIPTION         

       mkfifo() makes a FIFO special file with name pathname.  mode
       specifies the FIFO's permissions.  It is modified by the process's
       umask in the usual way: the permissions of the created file are (mode
       & ~umask).

       A FIFO special file is similar to a pipe, except that it is created
       in a different way.  Instead of being an anonymous communications
       channel, a FIFO special file is entered into the file system by
       calling mkfifo().

       Once you have created a FIFO special file in this way, any process
       can open it for reading or writing, in the same way as an ordinary
       file.  However, it has to be open at both ends simultaneously before
       you can proceed to do any input or output operations on it.  Opening
       a FIFO for reading normally blocks until some other process opens the
       same FIFO for writing, and vice versa.  See fifo(7) for nonblocking
       handling of FIFO special files.

RETURN VALUE         

       On success mkfifo() returns 0.  In the case of an error, -1 is
       returned (in which case, errno is set appropriately).
 
2.3有名管道的打開規則（與匿名管道同樣）

FIFO（命名管道）與pipe（匿名管道）之間惟一的區別在它們建立與打開的方式不一樣，一量這些工做完成以後，它們具備相同的語義。code

man幫助說明：The only difference between pipes and FIFOs is the manner in which they are created and opened. Once these tasks have been accomplished, I/O on pipes and FIFOs has exactly the same semantics。orm

有名管道比管道多了一個打開操做：open。

FIFO的打開規則：

若是當前打開操做是爲讀而打開FIFO時，若已經有相應進程爲寫而打開該FIFO，則當前打開操做將成功返回；不然，可能阻塞直到有相應進程爲寫而打開該FIFO（當前打開操做設置了阻塞標誌）；或者，成功返回（當前打開操做沒有設置阻塞標誌）。

若是當前打開操做是爲寫而打開FIFO時，若是已經有相應進程爲讀而打開該FIFO，則當前打開操做將成功返回；不然，可能阻塞直到有相應進程爲讀而打開該FIFO（當前打開操做設置了阻塞標誌）；或者，返回ENXIO錯誤（當前打開操做沒有設置阻塞標誌）。

2.4有名管道的讀寫規則

從FIFO中讀取數據：

約定：若是一個進程爲了從FIFO中讀取數據而阻塞打開FIFO，那麼稱該進程內的讀操做爲設置了阻塞標誌的讀操做。

  • 若是有進程寫打開FIFO，且當前FIFO內沒有數據，則對於設置了阻塞標誌的讀操做來講，將一直阻塞。對於沒有設置阻塞標誌讀操做來講則返回-1，當前errno值爲EAGAIN，提醒之後再試。
  • 對於設置了阻塞標誌的讀操做說，形成阻塞的緣由有兩種：當前FIFO內有數據，但有其它進程在讀這些數據；另外就是FIFO內沒有數據。解阻塞的緣由則是FIFO中有新的數據寫入，不論信寫入數據量的大小，也不論讀操做請求多少數據量。
  • 讀打開的阻塞標誌只對本進程第一個讀操做施加做用，若是本進程內有多個讀操做序列，則在第一個讀操做被喚醒並完成讀操做後，其它將要執行的讀操做將再也不阻塞，即便在執行讀操做時，FIFO中沒有數據也同樣（此時，讀操做返回0）。
  • 若是沒有進程寫打開FIFO，則設置了阻塞標誌的讀操做會阻塞。

注：若是FIFO中有數據，則設置了阻塞標誌的讀操做不會由於FIFO中的字節數小於請求讀的字節數而阻塞，此時，讀操做會返回FIFO中現有的數據量。

向FIFO中寫入數據：

約定：若是一個進程爲了向FIFO中寫入數據而阻塞打開FIFO，那麼稱該進程內的寫操做爲設置了阻塞標誌的寫操做。

對於設置了阻塞標誌的寫操做：

  • 當要寫入的數據量不大於PIPE_BUF時，linux將保證寫入的原子性。若是此時管道空閒緩衝區不足以容納要寫入的字節數，則進入睡眠，直到當緩衝區中可以容納要寫入的字節數時，纔開始進行一次性寫操做。
  • 當要寫入的數據量大於PIPE_BUF時，linux將再也不保證寫入的原子性。FIFO緩衝區一有空閒區域，寫進程就會試圖向管道寫入數據，寫操做在寫完全部請求寫的數據後返回。

對於沒有設置阻塞標誌的寫操做：

  • 當要寫入的數據量大於PIPE_BUF時，linux將再也不保證寫入的原子性。在寫滿全部FIFO空閒緩衝區後，寫操做返回。
  • 當要寫入的數據量不大於PIPE_BUF時，linux將保證寫入的原子性。若是當前FIFO空閒緩衝區可以容納請求寫入的字節數，寫完後成功返回；若是當前FIFO空閒緩衝區不可以容納請求寫入的字節數，則返回EAGAIN錯誤，提醒之後再寫；

三，FIFO使用

示例一：建立FIFO文件

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

int main(int argc, char **argv)
{
    if(argc != 2){
        fprintf(stderr,"usage:%s fifoname\n",argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if(mkfifo(argv[1],0644) == -1){
        perror("mkfifo error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("creat FIFO success\n");
    return 0;
}

結果：

QQ截圖20130716102107

示例二：若是當前打開操做是爲讀而打開FIFO時，若已經有相應進程爲寫而打開該FIFO，則當前打開操做將成功返回；不然，可能阻塞直到有相應進程爲寫而打開該FIFO（當前打開操做設置了阻塞標誌）；或者，成功返回（當前打開操做沒有設置阻塞標誌）。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char **argv)
{

    int fd;
    
    //fd = open("mypipe",O_RDONLY| O_NONBLOCK);//非阻塞模式打開
    fd = open("mypipe",O_RDONLY);//默認是阻塞模式打開
    if(fd == -1){
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("read open  FIFO success\n");
    return 0;
}

結果：

QQ截圖20130716103323

第一次以非阻塞打開

第二次以阻塞模式打開

示例三：若是當前打開操做是爲寫而打開FIFO時，若是已經有相應進程爲讀而打開該FIFO，則當前打開操做將成功返回；不然，可能阻塞直到有相應進程爲讀而打開該FIFO（當前打開操做設置了阻塞標誌）；或者，返回ENXIO錯誤（當前打開操做沒有設置阻塞標誌）。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char **argv)
{

    int fd;
    
    //fd = open("mypipe",O_WRONLY| O_NONBLOCK);//非阻塞模式打開
    fd = open("mypipe",O_WRONLY);//默認是阻塞模式打開
    if(fd == -1){
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("read open  FIFO success\n");
    return 0;
}

結果：

QQ截圖20130716103647

第一次以非阻塞模式打開

第二次以阻塞模式打開

示例四：不一樣進程間利用命名管道實現文件複製

寫管道進程：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    if(argc != 2){
        fprintf(stderr,"usage:%s srcfile\n",argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int infd;
    infd = open(argv[1],O_RDONLY);
    if(infd == -1){
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if(mkfifo("tmpfifo",0644) == -1){
        perror("mkfifo error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int fd ;
    fd = open("tmpfifo",O_WRONLY);
    if(fd == -1){
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    char buf[1024*4];
    int n = 0;
    while((n = read(infd,buf,1024*4))){
        write(fd,buf,n);
    }
    close(infd);
    close(fd);
    printf("write success\n");
    return 0;
}

讀進程：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    if(argc != 2){
        fprintf(stderr,"usage:%s desfile\n",argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int outfd;
    outfd = open(argv[1],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC);
    if(outfd == -1){
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int fd ;
    fd = open("tmpfifo",O_RDONLY);
    if(fd == -1){
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    char buf[1024*4];
    int n = 0;
    while((n = read(fd,buf,1024*4))){
        write(outfd,buf,n);
    }
    close(fd);
    close(outfd);
    unlink("tmpfifo");
    printf("read success\n");
    return 0;
}

結果：

QQ截圖20130716110143

複製成功！

注：本文參考：http://blog.csdn.net/sooneboy/article/details/3915490

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