Linux进程间通信-FIFO（命名管道）

本系列文章主要是学习记录Linux下进程间通信的方式。

常用的进程间通信方式：管道、FIFO、消息队列、信号量以及共享存储。

参考文档：《UNIX环境高级编程（第三版）》

参考视频：Linux进程通信  推荐看看，老师讲得很不错

Linux核心版本：2.6.32-431.el6.x86_64

注：本文档只是简单介绍IPC，更详细的内容请查看参考文档和相应视频。

本文介绍利用FIFO（命名管道）进行进程间的通信。

1  介绍

FIFO也称为命名管道。未命名的管道只能在两个相关的进程之间使用，而且这两个相关进程有一个共同的祖先进程。但是，FIFO可在不相关的进程间交换数据。

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，所有数据存放在内核中。

命令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。

2  函数原型

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
int mkfifoat(int dirfd, const char *pathname, mode_t mode);
说明：创建一个FIFO
返回值：成功返回0；出错返回-1。
参数[in]：mode参数和open参数相同；
参数[in]：pathname文件路径名。
参数[in]：dirfd打开目录的有效文件描述符，若pathname是绝对路径名，此参数被忽略；若是相对路径路径名，此参数是一个打开目录的有效文件描述符。

3  操作

创建FIFO时，要用open来打开它。当write一个没有进程为读而打开的FIFO时，会产生信号SIGPIPE；当某个FIFO的最后一个写进程关闭了该FIFO，则将为该FIFO的读进程产生一个文件结束标志。

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函数（close、read、write、unlink等）。

4  测试代码

 分别创建一个读和一个写进程，对同一个命令管道进行读写操作。

读进程fifo_read.c：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc < 2) {
        printf("usage:%s fifo\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    printf("open fifo read...\n");
    int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        perror("open error");
        exit(1);
    } else {
        printf("open file success: %d\n", fd);
    }
    //从命名管道中读取数据
    char buf[512] = {0};
    while (read(fd, buf, sizeof(buf)) < 0) {
        perror("read error");
    }
    printf("%s\n", buf);
    close(fd);

    return 0;
}

写进程fifo_write.c：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc < 2) {
        printf("usage: %s fifo\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    printf("open fifo write...\n");
    int fd = open(argv[1], O_WRONLY);
    if (fd < 0) {
        perror("open error");
        exit(1);
    } else {
        printf("open fifo success: %d\n", fd);
    }
    char *s = "123456789";
    size_t size = strlen(s);
    if (write(fd, s, size) != size) {
        perror("write error");
    }
    close(fd);

    return 0;
}

测试步骤：

1、先分别编译这两个程序：

[root@192 ipc]# gcc -o bin/fifo_read fifo_read.c   

[root@192 ipc]# gcc -o bin/fifo_write fifo_write.c 

2、使用mkfifo创建一个命名管道：[root@192 ipc]# mkfifo s.pipe

3、单独只执行其中的一个进程，会阻塞住：

 4、另外打开一个终端，执行写进程：

 这时读进程也得到了执行：

5  匿名管道和命名管道读写的相同点

（1）默认都是阻塞性读写；

（2）阻塞不完整管道（有一端关闭）

• 单纯读时，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。

（3）阻塞完整管道（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。

（4）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。

（5）非阻塞完整管道（两端都开启）

• 单纯读时直接报错；
• 单纯写时，写到管道满时会报错。