Linux--匿名管道pipe与命名管道FIFO

管道

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什么是管道

• 管道是Unix中最古老的进程间通信形式。
• 行一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为“管道”。

匿名管道

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#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);

功能: 创建匿名管道
参数：fd：⽂文件描述符数组,其中fd[0]表⽰示读端, fd[1]表⽰示写端
返回值: 成功返回0，失败返回错误代码

实现代码

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

int main()
{
       int fds[2];
       char buf[100];
       int len;

       if(pipe(fds) == -1)
           perror("make pipe"),exit(1);

       //读取数据
       while(fgets(buf,100,stdin))
       {
              len = strlen(buf);
              //写入管道
              if(write(fds[1],buf,len) != len)
              {
                     perror("write to pipe");
                     break;
              }
              memset(buf,0x00,sizeof(buf));

              //从管道中读取
              if((len=read(fds[0],buf,100)) == -1)
              {
                     perror("read from pipe");
                     break;
              }

              //显示管道中内容
              if(write(1,buf,len) != len)
              {
                     perror("write to stdout");
                     break;
              }
       }
}

用fork来共享管道原理

文件描述符角度-深度理解管道

内核角度-管道本质

由此可见，管道的使用和文件一样，正如Linux中的一切皆文件思想。

fork进程代码实现

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

#define ERR_EXIT(m) \
    do \
{ \
       perror(m); \
       exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)

int main()
{
       int pipefd[2];
       char buf[10] = {0};

       if(pipe(pipefd) == -1)//创建pipe管道
           ERR_EXIT("pipe error");

       pid_t pid;
       pid = fork();//创建子进程
       if(pid == -1)
           ERR_EXIT("fork error");

       if(pid == 0)
       {
           close(pipefd[0]);//关闭子进程读操作
           write(pipefd[1],"hello",5);//写入字符
           printf("pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());//确认为子进程
           close(pipefd[1]);
           exit(EXIT_SUCCESS);//退出子进程
       }

       printf("pid = %d,ppid = %d\n",getppid(),getpid());//确认为父进程
       close(pipefd[1]);//关闭写操作
       read(pipefd[0],buf,10);//读10个字符
       printf("buf = %s\n",buf);//显示读的字符

       return 0;
}

匿名管道读写规则

没有数据时：

• O_NONBLOCK disable：read调⽤用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为⽌止。
• O_NONBLOCK enable：read调⽤用返回-1，errno值为EAGAIN。

当管道满时：

• O_NONBLOCK disable： write调⽤用阻塞，直到有进程读走数据。
• O_NONBLOCK enable：调⽤用返回-1，errno值为EAGAIN。

如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0。

如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE,进而可能导致write进程退出。

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。

当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

匿名管道pipe的特点

1. 只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道。
2. 管道提供流式服务。
3. 一般而⾔言，进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程。
4. 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道。
   

命名管道

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进行不相关进程的进程间通信。

创建命名管道

命名管道可以从命令行上创建：

$ mkfilo filename

从程序创建：

int mkfile(const char *filename,mode_t mode)；

创建命名管道：

int main(int argc, char &argv[])
{
    mkfifo("管道名（一个FIFO文件）", 0644);
    return 0;
}

匿名管道与命名管道的区别

• 匿名管道由pipe函数创建并打开。
• 命名管道由mkfile函数创建，open函数打开。
• 匿名管道用于亲缘进程间的通信，命名管道用于不相关进程间的通信。

命名管道的读写规则

读操作：

• O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO
• O_NONBLOCK enable：立刻返回成功

写操作：

• O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO
• O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO

命名管道实现文件拷贝

读取文件，写入命名管道：

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

#define ERR_EXIT(m) \
    do \
{ \
    perror(m); \
    exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)

int main()
{
       int infd;
       int outfd;
       char buf[1024];
       int n;

       mkfifo("tp.c", 0644);//创建命名管道文件
       infd = open("1.c", O_RDONLY);
       if(infd == -1)
           ERR_EXIT("open");

       outfd = open("tp.c", O_WRONLY);
       if(outfd == -1)
           ERR_EXIT("open");

       while((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)//读取文件内容到buf上
       {
              write(outfd, buf, n);//变量内容写到管道文件中
       }

       close(infd);//关闭读操作
       close(outfd);//关闭写操作

       return 0;
}

读取文件，从命名管道读出：

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

#define ERR_EXIT(m) \
    do \
{ \
    perror(m); \
    exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)

int main()
{
    int infd;
    int outfd;
    int n;
    char buf[1024];

    outfd = open("1.c.bak",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if(outfd == -1)
        ERR_EXIT("open");

    infd = open("tp.c",O_RDONLY);
    if(outfd == -1)
        ERR_EXIT("open");

    while((n = read(infd,buf,1024)) > 0)
    {
           write(outfd,buf,n);
    }

    close(infd);
    close(outfd);
    unlink("tp.c");

    return 0;
}