进程间通信：命名管道FIFO(2)

一、命名管道

　　如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以用FIFO文件来完成这项工作，它通常也被称为命名管道。命名管道是一种特殊类型的文件，它在文件系统中以文件名的形式存在，但是它的行为却和我们已经见过的没有名字的管道类似。我们可以在命令行上创建命名管道，也可以在程序中创建它。

　　命名管道（FIFO)和无名管道（pipe）有一些特点是相同的，不一样的地方在于:

1、FIFO 在文件系统中作为一个特殊的文件而存在，但 FIFO 中的内容却存放在内存中。

2、当使用 FIFO 的进程退出后，FIFO 文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。

3、FIFO 有名字，不相关的进程可以通过打开命名管道进行通信。

1、FIFO的创建

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

pathname: 普通的路径名，也就是创建后 FIFO 的名字，mode: 文件的权限，与打开普通文件的 open() 函数中的 mode 参数相同，返回值为0，代表FIFO创建成功。

2、命名管道的默认操作

后期的操作，把这个命名管道当做普通文件一样进行操作：open()、write()、read()、close()。但是，和无名管道一样，操作命名管道肯定要考虑默认情况下其阻塞特性。

下面验证的是默认情况下的特点，即 open() 的时候没有指定非阻塞标志( O_NONBLOCK )。

1）open() 以只读方式打开 FIFO 时，要阻塞到某个进程为写而打开此 FIFO；

　  open() 以只写方式打开 FIFO 时，要阻塞到某个进程为读而打开此 FIFO。

简单一句话，只读等着只写，只写等着只读，只有两个都执行到，才会往下执行。

只读端代码如下：

#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int fd;  
    int ret;    
    ret = mkfifo("my_fifo", 0666);  
    if(ret != 0)  
    {  
        perror("mkfifo");  
    }     
    printf("before open
");  
    fd = open("my_fifo", O_RDONLY);//等着只写  
    if(fd < 0)  
    {  
        perror("open fifo");  
    }   
    printf("after open
");       
    return 0;  
}  

只写端代码如下：

#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>    
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int fd;  
    int ret;    
    ret = mkfifo("my_fifo", 0666);  
    if(ret != 0)  
    {  
        perror("mkfifo");  
    }        
    printf("before open
");  
    fd = open("my_fifo", O_WRONLY); //等着只读  
    if(fd < 0)  
    {  
        perror("open fifo");  
    }        
    printf("after open
");        
    return 0;  
}  

在两个终端分别运行只读和只写程序，会出现阻塞现象，两个程序都要等待彼此，当两者都执行了，才会完成，如下：

wanh@wanh-VirtualBox:~/linux_c_driver/Demo/pipe$ ./fifo11                //只读端
mkfifo: File exists
before open
after open
wanh@wanh-VirtualBox:~/linux_c_driver/Demo/pipe$ 

wanh@wanh-VirtualBox:~/linux_c_driver/Demo/pipe$ ./fifo22               //只写端
mkfifo: File exists
before open
after open
wanh@wanh-VirtualBox:~/linux_c_driver/Demo/pipe$

如果不想在 open() 的时候阻塞，我们可以以可读可写方式打开 FIFO 文件，这样 open() 函数就不会阻塞。

// 可读可写方式打开  
int fd = open("my_fifo", O_RDWR); 

 2）假如 FIFO 里没有数据，调用 read() 函数从 FIFO 里读数据时 read() 也会阻塞。这个特点和无名管道是一样的。

3）通信过程中若写进程先退出了，就算命名管道里没有数据，调用 read() 函数从 FIFO 里读数据时不阻塞；若写进程又重新运行，则调用 read() 函数从 FIFO 里读数据时又恢复阻塞。

对于（3）读端代码如下：

#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int fd;  
    int ret;     
    ret = mkfifo("my_fifo", 0666);// 创建命名管道  
    if(ret != 0)  
    {  
        perror("mkfifo");  
    }  
      
    fd = open("my_fifo", O_RDONLY);// 等着只写  
    if(fd < 0)  
    {  
        perror("open fifo");  
    }        
    while(1)  
    {  
        char recv[100] = {0};  
        read(fd, recv, sizeof(recv)); // 读数据  
        printf("read from my_fifo buf=[%s]
",recv);  
        sleep(1);  
    }       
    return 0;  
}  

写端代码如下：

#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>   
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int fd;  
    int ret;     
    ret = mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道  
    if(ret != 0)  
    {  
        perror("mkfifo");  
    }      
    fd = open("my_fifo", O_RDWR); // 等着只读  
    if(fd < 0)  
    {  
        perror("open fifo");  
    }       
    char send[100] = "Hello Mike"; 
    //while(1){ 
    write(fd, send, strlen(send));  //写数据  
    printf("write to my_fifo buf=%s
",send); 
    //sleep(1); 
    //}// 阻塞，保证读写进程保持着通信过程  
    while(1);
    return 0;  
}  

当两者执行后，读端读到数据后，由于写端没有继续写入数据，因而读端会阻塞，当写端退出后，读端将不停运行，读到空数据，当写端再次运行，读端将读完数据后再次阻塞；

写端运行情况如下：

wanh@wanh-VirtualBox:~/linux_c_driver/Demo/pipe$ ./fifo3
mkfifo: File exists
write to my_fifo buf=Hello Mike
^C
wanh@wanh-VirtualBox:~/linux_c_driver/Demo/pipe$ ./fifo3
mkfifo: File exists
write to my_fifo buf=Hello Mike

读端运行情况如下：

wanh@wanh-VirtualBox:~/linux_c_driver/Demo/pipe$ ./fifo4
mkfifo: File exists
read from my_fifo buf=[Hello Mike]
read from my_fifo buf=[]
read from my_fifo buf=[]
read from my_fifo buf=[]
read from my_fifo buf=[]
read from my_fifo buf=[]
read from my_fifo buf=[]
read from my_fifo buf=[]
read from my_fifo buf=[Hello Mike]

5）通信过程中，读进程退出后，写进程向命名管道内写数据时，写进程也会（收到 SIGPIPE 信号）退出。

6）调用 write() 函数向 FIFO 里写数据，当缓冲区已满时 write() 也会阻塞。

3、命名管道非阻塞标志操作

命名管道可以以非阻塞标志（O_NONBLOCK）方式打开：

fd = open("my_fifo", O_WRONLY|O_NONBLOCK);  
fd = open("my_fifo", O_RDONLY|O_NONBLOCK); 

非阻塞标志（O_NONBLOCK）打开的命名管道有以下特点：
1、先以只读方式打开，如果没有进程已经为写而打开一个 FIFO, 只读 open() 成功，并且 open() 不阻塞。

2、先以只写方式打开，如果没有进程已经为读而打开一个 FIFO，只写 open() 将出错返回 -1。

3、read()、write() 读写命名管道中读数据时不阻塞。

写端代码如下：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd;
    int ret;    
    ret = mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道
    if(ret != 0)
    {
        perror("mkfifo");
    }    
    // 只写并指定非阻塞方式打开
    fd = open("my_fifo", O_WRONLY|O_NONBLOCK);
    if(fd<0)
    {
        perror("open fifo");
    }    
    char send[100] = "Hello Mike";
    write(fd, send, strlen(send));
    printf("write to my_fifo buf=%s
",send);
    while(1);    
    return 0;
}

读端代码如下：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd;
    int ret;    
    ret = mkfifo("my_fifo", 0666); // 创建命名管道
    if(ret != 0)
    {
        perror("mkfifo");
    }    
    // 只读并指定非阻塞方式打开
    fd = open("my_fifo", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open fifo");
    }    
    while(1)
    {
        char recv[100] = {0};

        read(fd, recv, sizeof(recv));
        printf("read from my_fifo buf=[%s]
",recv);
        sleep(1);
    }    
    return 0;
}