linux进程间通信-有名管道（FIFO）

时间：2021-07-20 16:27:53

有名管道（FIFO）

命名管道也被称为FIFO文件，是一种特殊的文件。由于linux所有的事物都可以被视为文件，所以对命名管道的使用也就变得与文件操作非常统一。

（1）创建命名管道

用如下两个函数中的其中一个，可以创建命名管道。

#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);

filname是指文件名，而mode是指定文件的读写权限。mknod是比较老的函数，而使用mkfifo函数更加简单和规范，所以建议用mkfifo。

open(const char *path, O_RDONLY);//1

open(const char *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);//2

open(const char *path, O_WRONLY);//3

open(const char *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK);//

（2）打开命名管道

和打开其他文件一样，可以用open来打开。通常有四种方法：

有两点要注意:

1、就是程序不能以O_RDWR(读写)模式打开FIFO文件进行读写操作，而其行为也未明确定义，因为如一个管道以读/写方式打开，进程就会读回自己的输出，同时我们通常使用FIFO只是为了单向的数据传递。

2、就是传递给open调用的是FIFO的路径名，而不是正常的文件。（如：const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo"; ）

3、第二个参数中的选项O_NONBLOCK，选项O_NONBLOCK表示非阻塞，加上这个选项后，表示open调用是非阻塞的，如果没有这个选项，则表示open调用是阻塞的。

（3）阻塞问题

对于以只读方式（O_RDONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_RDONLY），除非有一个进程以写方式打开同一个FIFO，否则它不会返回；如果open调用是非阻塞的的（即第二个参数为O_RDONLY | O_NONBLOCK），则即使没有其他进程以写方式打开同一个FIFO文件，open调用将成功并立即返回。

对于以只写方式（O_WRONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY），open调用将被阻塞，直到有一个进程以只读方式打开同一个FIFO文件为止；如果open调用是非阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY | O_NONBLOCK），open总会立即返回，但如果没有其他进程以只读方式打开同一个FIFO文件，open调用将返回-1，并且FIFO也不会被打开。

（4）使用FIFO实现进程间的通信

管道的写入端从一个文件读出数据，然后写入写管道。管道的读取端从管道读出后写到文件中。

写入端代码：fifowrite.c

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <fcntl.h>

#include <limits.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h> 

int main()

{

    const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo";

    int pipe_fd = -1;

    int data_fd = -1;

    int res = 0;

    const int open_mode = O_WRONLY;

    int bytes_sent = 0;

    char buffer[PIPE_BUF + 1];

    int bytes_read = 0;

    if(access(fifo_name, F_OK) == -1)

    {

        printf ("Create the fifo pipe.\n");

        res = mkfifo(fifo_name, 0777);

        if(res != 0)

        {

            fprintf(stderr, "Could not create fifo %s\n", fifo_name);

            exit(EXIT_FAILURE);

        }

    }

    printf("Process %d opening FIFO O_WRONLY\n", getpid());

    pipe_fd = open(fifo_name, open_mode);

    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);

    if(pipe_fd != -1)

    {

        bytes_read = 0;

        data_fd = open("Data.txt", O_RDONLY);

        if (data_fd == -1)

        {

            close(pipe_fd);

            fprintf (stderr, "Open file[Data.txt] failed\n");

            return -1;

        }

        bytes_read = read(data_fd, buffer, PIPE_BUF);

        buffer[bytes_read] = '\0';

        while(bytes_read > 0)

        {

            res = write(pipe_fd, buffer, bytes_read);

            if(res == -1)

            {

                fprintf(stderr, "Write error on pipe\n");

                exit(EXIT_FAILURE);

            }

            bytes_sent += res;

            bytes_read = read(data_fd, buffer, PIPE_BUF);

            buffer[bytes_read] = '\0';

        }

        close(pipe_fd);

        close(data_fd);

    }

    else

        exit(EXIT_FAILURE);

    printf("Process %d finished\n", getpid());

    exit(EXIT_SUCCESS);

}

管道读取端： fiforead.c

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <limits.h>

#include <string.h>

int main()

{

    const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo";

    int pipe_fd = -1;

    int data_fd = -1;

    int res = 0;

    int open_mode = O_RDONLY;

    char buffer[PIPE_BUF + 1];

    int bytes_read = 0;

    int bytes_write = 0;

    memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));

    printf("Process %d opening FIFO O_RDONLY\n", getpid());

    pipe_fd = open(fifo_name, open_mode);

    data_fd = open("DataFormFIFO.txt", O_WRONLY|O_CREAT, 0644);

    if (data_fd == -1)

    {

        fprintf(stderr, "Open file[DataFormFIFO.txt] failed\n");

        close(pipe_fd);

        return -1;

    }

    printf("Process %d result %d\n",getpid(), pipe_fd);

    if(pipe_fd != -1)

    {

        do

        {

            res = read(pipe_fd, buffer, PIPE_BUF);

            bytes_write = write(data_fd, buffer, res);

            bytes_read += res;

        }while(res > 0);

        close(pipe_fd);

        close(data_fd);

    }

    else

        exit(EXIT_FAILURE);

     printf("Process %d finished, %d bytes read\n", getpid(), bytes_read);

     exit(EXIT_SUCCESS);

}

（5）命名管道的安全问题

有一种情况是：一个FIFO文件，有多个进程同时向同一个FIFO文件写数据，而只有一个读FIFO进程在同一个FIFO文件中读取数据时，会发生数据块的相互交错。不同进程向一个FIFO读进程发送数据是很普通的情况。这个问题的解决方法，就是让写操作的原子化。系统规定：在一个以O_WRONLY（即阻塞方式）打开的FIFO中， 如果写入的数据长度小于等待PIPE_BUF，那么或者写入全部字节，或者一个字节都不写入。如果所有的写请求都是发往一个阻塞的FIFO的，并且每个写记请求的数据长度小于等于PIPE_BUF字节，系统就可以确保数据决不会交错在一起。

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