[15]APUE：pipe / FIFO

管道 pipe

一、概述

• 管道(pipe / FIFO)是一种文件，属于 pipefs 文件系统类型，可以使用 read、write、close 等系统调用进行操作
• 其本质是内核维护了一块缓冲区与管道相关联，对管道的任何操作，都将被内核转换成读写对应的内存缓冲区
• 只有当所有的写入端描述符均已关闭，且管道中的数据都被读出后，对读端描述符调用 read 才会返回 0 (EOF)
• 若所有读端已关闭，此时往管道的写操作会失败，调用进程会收到 SIGPIPE 信号，errno 被设置为 EPIPE
• 当所有的读端与写端均关闭后，管理才能被销毁
• 通常只保留一对一的读写端口，无用的端口需及时关闭

二、函数

[a] pipe

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]) //成功返回 0，出错返回 -1 

• 将整型数组 pipefd 的两个元素初始化为一对文件描述符，分别用于从管道中读数据(pipefd[0])、写数据(pipefd[1])
• 由于 fork 之后子进程继承父进程的文件描述符，pipe 通常用于父子进程通信
• 同一会话中的进程可通过复制(dup2)文件描述符的方式实现管道通信，如 shell 的 ‘|’ 功能

[b] popen / pclose

#include <stdio.h>
FILE *popen(const char *cmd, const char *type) //成功返回 FILE 流指针，出错返回 NULL
int pclose(FILE *stream) //成功返回 0，出错返回 -1 

• popen 用于通过 shell 执行外部程序 cmd
  • 当 type 设置为 “r” 时，通过 fgets、fgetc 等函数可获取 cmd 执行结果(标准输出)
  • 当 type 为 “w” 时，写通过 fputs 等函数为 cmd 标准输入
• 与 system 函数原理类似，但 system 在返回之前，调用程序将一直阻塞；而 popen 不同，在调用 popen 之后到 pclose 返回之前这段时间，调用进程与被执行的 shell 子进程是并行的，若在此期间，调用程序又 fork 了子进程且安装了 SIGCHLD 信号的处理函数，可能导致 shell 子进程返回的 SIGCHLD 信号被捕获，从而使 pclose 无法等待 cmd 进程的退出而失败

命名管道 FIFO

一、概要

• FIFO 是在 fifo 核心代码之上构建的外壳，通过文件系统中的文件直接引用，可用于同一操作系统内任意两个进程的通信
• FIFO 通过设置不同的 open 权限标志位区分输入输出端，读端通常设置 O_RDONLY，写端通常设置 O_WRONLY
• 管道传输的内容通常为非结构化的字节流，当多个客户端同时连接服务端 FIFO 时，为准确区分不同客体的内容，通常客户端发送的字节流前 N 个字节固定用于指定当次传输的数据长度

二、函数

[a] mkfifo

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *path, mode_t mode) //成功返回 0，出错返回 -1 

• fcntl 函数设置的 O_NONBLOCK 标志位会对 FIFO 的行为产行影响
  • 当写端未就緒时，读操作将也会立即以成功状态返回，errno 设置为 EAGAIN
  • 当读端未就緒时，写操作将立即以出错状态返回，并设置 errno 为 ENXIO
• 识别 FIFO 文件类型：用 stat 或 fstat 函数将文件属性写入 buf 结构体，S_ISFIFO(buf->st_mode) 的返回真(1)即为 FIFO