四十八、进程间通信——标准库中的管道操作及命名管道和匿名管道

48.1 标准库中的管道操作

48.1.1 标准库中的管道操作

#include <stdio.h>
FILE *popen(const char *cmdstring, congst char *type);
int pclose(FILE *fp)

• 函数说明：
  • 使用 popen() 创建的管道必须使用 pclose() 关闭。其实，popen/pclose 和标准文件输入/输出流中的 fopen()/fclose 十分相似。
  • 封装管道的常用操作
• 返回值：
  • popen：成功，返回文件指针；出错，返回 NULL
  • pclose：cmdstring 的终止状态，出错返回 -1

　　

　　

48.1.2 例子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>


int main(void)
{
    FILE *fp;
    /** 命令执行的结果放置在 fp 指向的结构体缓存中 */
    fp = popen("cat /etc/passwd", "r");
    char buf[512];
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    while(fgets(buf, sizeof(buf), fp) != NULL){
        printf("%s", buf);
    }

    pclose(fp);

    printf("-----------------------------------------------------------------
");
    /** 为 wc 命令提供统计的数据 */
    fp = popen("wc -l", "w");
    /** 向 fp 指向的结构体缓存中写入数据 */
    fprintf(fp, "1
2
3
");
    pclose(fp);

    return 0;
}

　　编译运行：

　　

48.2 命名管道和匿名管道

48.2.1 命名管道的创建

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

• 只要对 FIFO 有适当访问权限，FIFO 可用在任何两个没有任何关系的进程间通信。
• 本质是内核中的一块缓存，另在文件系统中以一个特殊的设备文件（管道文件）存在
• 在文件系统中只有一个索引块存放文件的路径，没有数据块，所有数据块存放在内核中
• 命名管道必须读和写同时打开，否则单独读或者单独写会引发阻塞
• 命令 mkfifo 创建命名管道（命令内部调用 mkfifo 函数）
• 对 FIFO 的操作与普通文件一样
• 一旦已经用 mkfifo 创建了一个 FIFO，就可用 open 打开它，一般的文件 I/O (close、read、write、unlink 等)都可用于 FIFO
• FIFO 相关出错信息
  • EACCES：无存取权限
  • EEXIST：指定文件不存在
  • ENAMETOOLONG：路径不存在
  • ENOENT：包含的目录不存在
  • ENOSPC：文件系统剩余空间不足
  • ENOTDIR：文件路径无效
  • EROFS：指定的文件存在于只读文件系统中

48.2.2 命名管道例子

　　创建两个没有关系的程序，即两个进程，通过命名管道进行读写

  　　fifo_read.c

　　

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <memory.h>

/** 从命名管道中读取数据 */
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc < 2){
        printf("usage: %s fifo
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    printf("open fifo read ...
");
    /** 打开命名管道 */
    int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if(fd < 0){
        perror("open error");
    }
    else {
        printf("open file success: %d
", fd);
    }

    /** 从命名管道中读取数据 */
    char buf[512];
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    while(read(fd, buf, sizeof(buf)) < 0){
        perror("read error");
    }
    printf("%s
", buf);

    close(fd);
    return 0;
}

　　fifo_write.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <memory.h>
#include <fcntl.h>


int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc < 2){
        printf("usage: %s fifo 
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    printf("open fifo write...
");

    /** 打开命名管道 */
    int fd = open(argv[1], O_WRONLY);
    if(fd < 0){
        perror("open error");
        exit(1);
    }
    else {
        printf("open fifo success: %d
", fd);
    }

    char *s = "hello world";
    size_t size = strlen(s);
    if(write(fd, s, size) != size){
        perror("write error");
    }
    close(fd);

    return 0;
}

　　单独编译这两个文件为可执行程序，先在一个终端中运行read，再在另一个终端运行 write。

　　在没有打开 write 之前，read 会阻塞，在打开之后，read 即可正常读取

48.3 匿名管道和命名管道读写的差异

• 相同点
  • 默认都是阻塞性读写
  • 都适用于 socket 的网络通信
  • 阻塞不完整管道（有一端关闭）
    • 单独读时，在所有数据被读取后，read 返回 0，以表示到达了文件尾部
    • 单纯写时，则产生信号 SIGPIPE，如果忽略该信号或捕捉该信号并从处理程序返回，则 write 返回 -1，同时 errno 设置为 EPIPE
  • 阻塞完成管道（两端都开启）
    • 单纯读时，要么阻塞，要么读取到数据
    • 单纯写时，写到管道满时会出错
  • 非阻塞不完整管道（有一端关闭）
    • 单纯读时直接报错
    • 单纯写时，则产生信号 SIGPIPE，如果忽略该信号或捕捉该信号并从处理程序返回，则 write 返回 -1，同时 errno 设置为 EPIPE
  • 非阻塞完整管道（两端都开启）
    • 单纯读时直接报错
    • 单纯写时，写到管道满时会出错
• 不同点：
  • 打开方式不一样
  • pipe（匿名管道） 通过 fcntl 系统调用来设置 O_NONBLOCK 来设置非阻塞性读写
  • FIFO 通过 fcntl 系统调用或者 open 函数来设置非阻塞性读写