linux中的匿名管道和命名管道

1、管道的概念
      管道是一種兩個進程間進行單向通訊的機制。 管道是一種最基本的IPC機制，做用於有血緣關係的進程之間，完成數據傳遞。調用pipe系統函數便可建立一個管道。管道又分爲匿名管道和命名管道。管道有以下特質：

（1）其本質是一個僞文件(實爲內核緩衝區)

（2） 由兩個文件描述符引用，一個表示讀端，一個表示寫端。

（3） 規定數據從管道的寫端流入管道，從讀端流出。

匿名管道的特徵：

（1）只能進行單向通訊；

（2）只適用於有血緣關係之間的進程；

（3）自帶同步基質；

（4）在進行通訊時面向字節流服務；

（5）生命進程隨週期。

     管道的原理: 管道實爲內核使用環形隊列機制，藉助內核緩衝區(4k)實現。

     由於管道傳遞數據的單向性，管道又稱爲半雙工管道。管道的這一特色決定了器使用的侷限性。

     管道的侷限性：

① 數據本身讀不能本身寫。

② 數據一旦被讀走，便不在管道中存在，不可反覆讀取。

③ 因爲管道採用半雙工通訊方式。所以，數據只能在一個方向上流動。

④ 只能在有公共祖先的進程間使用管道。

常見的通訊方式有，單工通訊、半雙工通訊、全雙工通訊。

pipe函數
建立管道

    int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失敗：-1，設置errno

函數調用成功返回r/w兩個文件描述符。無需open，但需手動close。規定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0對應標準輸入，1對應標準輸出同樣。向管道文件讀寫數據實際上是在讀寫內核緩衝區。

管道建立成功之後，建立該管道的進程（父進程）同時掌握着管道的讀端和寫端。如何實現父子進程間通訊呢？一般能夠採用以下步驟：

 

 

1. 父進程調用pipe函數建立管道，獲得兩個文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的讀端和寫端。

2. 父進程調用fork建立子進程，那麼子進程也有兩個文件描述符指向同一管道。

3. 父進程關閉管道讀端，子進程關閉管道寫端。父進程能夠向管道中寫入數據，子進程將管道中的數據讀出。因爲管道是利用環形隊列實現的，數據從寫端流入管道，從讀端流出，這樣就實現了進程間通訊。

  使用管道須要注意如下4種特殊狀況（假設都是阻塞I/O操做，沒有設置O_NONBLOCK標誌）：

1. 若是全部指向管道寫端的文件描述符都關閉了（管道寫端引用計數爲0），而仍然有進程從管道的讀端讀數據，那麼管道中剩餘的數據都被讀取後，再次read會返回0，就像讀到文件末尾同樣。

2. 若是有指向管道寫端的文件描述符沒關閉（管道寫端引用計數大於0），而持有管道寫端的進程也沒有向管道中寫數據，這時有進程從管道讀端讀數據，那麼管道中剩餘的數據都被讀取後，再次read會阻塞，直到管道中有數據可讀了纔讀取數據並返回。

3. 若是全部指向管道讀端的文件描述符都關閉了（管道讀端引用計數爲0），這時有進程向管道的寫端write，那麼該進程會收到信號SIGPIPE，一般會致使進程異常終止。固然也能夠對SIGPIPE信號實施捕捉，不終止進程。具體方法信號章節詳細介紹。

4. 若是有指向管道讀端的文件描述符沒關閉（管道讀端引用計數大於0），而持有管道讀端的進程也沒有從管道中讀數據，這時有進程向管道寫端寫數據，那麼在管道被寫滿時再次write會阻塞，直到管道中有空位置了才寫入數據並返回。

總結：

     ① 讀管道：

1. 管道中有數據，read返回實際讀到的字節數。

2. 管道中無數據：

(1) 管道寫端被所有關閉，read返回0 (好像讀到文件結尾)

(2) 寫端沒有所有被關閉，read阻塞等待(不久的未來可能有數據遞達，此時會讓出cpu)

     ② 寫管道：

1. 管道讀端所有被關閉， 進程異常終止(也可以使用捕捉SIGPIPE信號，使進程不終止)

2. 管道讀端沒有所有關閉：

(1) 管道已滿，write阻塞。

(2) 管道未滿，write將數據寫入，並返回實際寫入的字節數。

 

 

命名管道（FIFO）:

     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的文件形式存儲於文件系統中。命名管道是一個設備文件，所以，即便進程與建立FIFO的進程不存在親緣關係，只要能夠訪問該路徑，就可以經過FIFO相互通訊。值得注意的是，FIFO(first input first output)老是按照先進先出的原則工做，第一個被寫入的數據將首先從管道中讀出。

命名管道是經過網絡來完成進程之間的通訊的，命名管道依賴於底層網絡接口，其中包括有 DNS 服務，TCP/IP 協

議 等等機制，可是其屏蔽了底層的網絡協議細節。

  命名管道的建立與讀寫

Linux下有兩種⽅式建立命名管道。一是在Shell下交互地創建一個命名管道，一是在程序中使用系統函數創建命名管

道。Shell方式下可以使用mknod或mkfifo命令，下面命令使用mknod建立了一個命名管道：

mknod namedpipe

建立命名管道的系統函數有兩個：mknod和mkfifo。兩個函數均定義在頭文件sys/stat.h，

函數原型以下

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mode);

函數mknod參數中path爲建立的命名管道的全路徑名：mod爲建立的命名管道的模式，指明其存取權限；dev爲設

備值，該值取決於文件建立的種類，它只在建立設備文件時纔會用到。這兩個函數調用成功都返回0，失敗都返回

－1。 

 

咱們可使用兩下函數之一來建立一個命名管道，他們的原型以下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
int mknod(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t)0);

這兩個函數都能建立一個FIFO文件，注意是建立一個真實存在於文件系統中的文件，filename指定了文件名，

而mode則指定了文件的讀寫權限。mknod是比較老的函數，而使用mkfifo函數更加簡單和規範，因此建議在可能的

狀況下，儘可能使用mkfifo而不是mknod。

mkfifo函數的做用是在文件系統中建立一個文件，該文件用於提供FIFO功能，即命名管道。前邊講的那些管道都沒有

名字，所以它們被稱爲匿名管道，或簡稱管道。對文件系統來講，匿名管道是不可見的，它的做用僅限於在父進程和

子進程兩個進程間進行通訊。而命名管道是一個可見的文件，所以，它能夠用於任何兩個進程之間的通訊，無論這兩

個進程是否是父子進程，也無論這兩個進程之間有沒有關係。 

    下面就用一個例子程序來講明一下，兩個進程如何經過FIFO實現通訊吧。這裏有兩個源文件，一個fifo write.c，它在須要時建立管道，而後向管道寫入數據,數據由文件Data.txt提供，大小爲10M，內容全是字符‘0’。另外一個源文件爲fifo read.c，它從FIFO中讀取數據，並把讀到的數據保存到另外一個文件DataFormFIFO.txt中。爲了讓程序更加簡潔，忽略了有些函數調用是否成功的檢查。