进程间通信（一）——管道和FIFO
1. 概述
管道没有名字，适用于有亲缘关系的进程间。
FIFO指first in first out，有一个路径名与之关联，从而允许无亲缘关系的进程间使用。亦称：命名管道named pipe。
两者都是单向数据流（半双工管道），具有随进程的持续性，数据都是先进先出，在进程间通信不需要某种形式的同步。
2.管道
#include <unistd.h>
int pipe（int fd[2]）；
返回：成功0，出错-1；
返回两个文件描述符：fd[0]打开来读，fd[1]打开来写。
典型使用：
(1) 单向的
在父子进程间提供通信手段。
父进程创建管道，然后fork出自身的副本。
父进程关闭读端，用于向管道中写。
子进程关闭写端，用于从管道中读。
(2) 双向的
pipe(pipe1[2]); pipe1[0], pipe1[1]
pipe(pipe2[2]); pipe2[0], pipe2[1]
fork() == 0 {//子进程
close(pipe1[1]);
close(pipe2[0]);
}
//父进程
close(pipe1[0]);
close(pipe2[1]);
3.pipe例子
下面讲述一个客户——服务器程序。
客户发送路径名，服务器发送文件内容给客户。
#include "unp.h" void client(int, int), server(int, int); int main(void) { int pipe1[2], pipe2[2]; //创建两个管道 //也会在子进程中创建
Pipe(pipe1); Pipe(pipe2); int childid = Fork(); if (childid == 0) { //child Close(pipe1[1]); //关闭写 Close(pipe2[0]); //关闭读 server(pipe1[0], pipe2[1]); exit(0); } Close(pipe1[0]); Close(pipe2[1]); client(pipe2[0], pipe1[1]); //等待子进程终止 waitpid(childid, NULL, 0); exit(0); }
server.c代码：
#include "unp.h"
//从管道中读取文件名
//通过管道把文件发送给客户端
void server(int readfd, int writefd)
{
char buff[MAXLINE + 1];
ssize_t n = Read(readfd, buff, MAXLINE);
if (n == 0) {
err_quit("end-of-file while reading pathname");
}
buff[n] = '\0';
int fd = open(buff, O_RDONLY);
if (fd < 0) {
snprintf(buff + n, sizeof(buff) - n, ": can't open, %s\n", strerror(errno));
n = strlen(buff);
Write(writefd, buff, n);
} else {
while ((n = Read(fd, buff, MAXLINE)) > 0) {
Write(writefd, buff, n);
}
Close(fd);
}
}
client.c源码：
#include "unp.h"
//从标准输入读入文件路径名，
//通过管道发送给服务器，
//在从管道接受文件的内容写到标准输出
void client(int readfd, int writefd)
{
char buff[MAXLINE];
Fgets(buff, MAXLINE, stdin);
size_t len = strlen(buff);
if (buff[len - 1] == '\n') {
--len;
}
Write(writefd, buff, len);
ssize_t n;
while((n = Read(readfd, buff, MAXLINE)) > 0) {
Write(STDOUT_FILENO, buff, n);
}
}
4.FIFO
与管道最大差别是有名字，适用于无亲缘进程间。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
mkfilo隐含指定O_CREAT | O_EXCL, 要是路径已存在返回EEXIST。
若不想创建一个新的FIFO，可以调用open。
mode类似于open的第二个参数，默认定义FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)。
5.无亲缘关系的客户与服务器
就是上面的客户端发送文件名，服务器端读取文件内容给客户端的在两个独立进程中的写法。
服务器端源码：
#include "unp.h"
void server(int, int);
//服务端创建命名两个管道，
//在一个上open用于读，在另一个上open用于写
int main(void)
{
//创建时默认O_CREAT | O_EXCL
//要检测路径是否已经存在，即EEXIST
if ((mkfifo("/tmp/fifo.1", FILE_MODE)) && (errno != EEXIST)) {
err_sys("can't create /tmp/fifo.1");
}
if ((mkfifo("/tmp/fifo.2", FILE_MODE)) && (errno != EEXIST)) {
//从文件系统中删除路径，也就时FIFO的名字
//文件的链接计数减1，
//等到为0时，且没有进程在使用文件时，删除文件
unlink("tmp/fifo.1");
err_sys("can't create /tmp/fifo.2");
}
int readfd = Open("/tmp/fifo.1", O_RDONLY, 0);
int writefd = Open("/tmp/fifo.2", O_WRONLY, 0);
server(readfd, writefd);
exit(0);
}
客户端源码：
#include "unp.h"
void client(int, int);
//打开服务器端已经创建好的管道，
//一个用于读，一个用于写，与服务器端相反
int main(void)
{
int writefd = Open("/tmp/fifo.1", O_WRONLY, 0);
int readfd = Open("/tmp/fifo.2", O_RDONLY, 0);
client(readfd, writefd);
Close(readfd);
Close(writefd);
//由客户端删除管道
Unlink("/tmp/fifo.1");
Unlink("/tmp/fifo.2");
exit(0);
}
server.c 和 client.c参见上面。
注意：
使用FIFO时，必须注意open的顺序。
在没有进程打开FIFO来写，那么打开该FIFO来读的进程将阻塞。
所以在打开FIFO时必须时在一个上读在另一个上写，不能同时打开读然后写。
即open(读)；open(写)；
open(读)；open(写);
会造成死锁，都阻塞在读上。
6. 管道和FIFO额外属性
参见UNPv2 P44，4.7节。
7.一些特性
(1) 向FIFO中write是原子性的操作，一次性写入的东西作为一个整体来看待。
(2) FIFO只能在单台主机上使用的IPC形式。不能用在NFS安装的文件系统中。
(3) 管道是字节流，系统不对它进行解释。
