Linux学习笔记25——命名管道(FIFO)
1 命名管道(FIFO)
管道应用的一个重大缺陷就是没有名字，因此只能用于亲缘进程之间的通信。后来从管道为基础提出命名管道（named pipe，FIFO）的概念，该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间），因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。
2 命名管道的创建
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, //文件的路径
mode_t mode //和open函数mode一样
);
如果pathname路径下的文件已经存在，则mkfifo返回-1，errono将会返回EEXIST。
3 命名管道操作
FIFO在文件系统中表现为一个文件，大部分的系统文件调用都可以在FIFO上面，比如：read,open,write,close,unlink,stat等函数，但是seek函数不能对FIFO调用。
可以调用open打开FIFO，请注意以下方面：
A 当以阻塞（未指定O_NONBLOCK）方式只读打开FIFO的时候，则将会被阻塞，直到有其他进程以写方式打开该FIFO。B 类似的，当以阻塞（未指定O_NONBLOCK）方式只写打开FIFO的时候，则将会被阻塞，直到有其他进程以读方式打开该FIFO
C 当以非阻塞方式（指定O_NONBLOCK）方式只读打开FIFO的时候，则立即返回。当只写open时，如果没有进程为读打开FIFO，则返回-1，其errno是ENXIO
4 应用实例
本例为一个client-server模式，服务器端将会创建一个闻名fifo文件（本例中为“/tmp/server”），并读取该fifo文件。客户端则打开该fifo文件，并把其请求写入该FIFO文件。服务器端读取该命令并执行之。
服务器端的代码为：
#include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <limits.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <ctype.h> #define SERVER_FIFO_NAME "/tmp/serv_fifo" #define CLIENT_FIFO_NAME "/tmp/cli_%d_fifo" #define BUFFER_SIZE 20 struct data_to_pass_st{ pid_t client_pid; char some_data[BUFFER_SIZE-1]; }; int main(){ int server_fifo_fd,client_fifo_fd; struct data_to_pass_st mydata; int read_res; char client_fifo[256]; char *tmp_char_ptr; mkfifo(SERVER_FIFO_NAME,0777); server_fifo_fd=open(SERVER_FIFO_NAME,O_RDONLY); if(server_fifo_fd==-1){ fprintf(stderr,"Server fifo failure\n"); exit(EXIT_FAILURE); } sleep(10); do{ read_res=read(server_fifo_fd,&mydata,sizeof(mydata)); if(read_res>0){ tmp_char_ptr=my_data.some_data; while(*tmp_char_ptr>0){ //把some_data中的所有字符全部转换为大写 *tmp_char_ptr=toupper(*tmp_char_ptr); tmp_char_ptr++; } sprintf(client_fifo,CLIENT_FIFO_NAME,my_data.client_pid); client_fifo_fd=open(client_fifo,O_WRONLY); if(client_fifo_fd!=-1){ write(client_fifo_fd,&my_data,sizeof(my_data)); close(client_fifo_fd); } } }while(read_res>0); close(server_fifo_fd); unlink(SERVER_FIFO_NAME); exit(EXIT_SUCCESS); }
客户端代码为：
#include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <limits.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <ctype.h> #define SERVER_FIFO_NAME "/tmp/serv_fifo" #define CLIENT_FIFO_NAME "/tmp/cli_%d_fifo" #define BUFFER_SIZE 20 struct data_to_pass_st{ pid_t client_pid; char some_data[BUFFER_SIZE-1]; }; int main(){ int server_fifo_fd,client_fifo_fd; struct data_to_pass_st my_data; int times_to_send; char client_fifo[256]; server_fifo_fd=open(SERVER_FIFO_NAME,O_WRONLY); if(server_fifo_fd==-1){ fprintf(stderr,"Sorry,no server\n"); exit(EXIT_FAILURE); } my_data.client_pid=getpid(); sprintf(client_fifo,CLIENT_FIFO_NAME,my_data.client_pid); if(mkfifo(client_fifo,0777)==-1){ fprintf(stderr,"Sorry,can't make %s\n",client_fifo); exit(EXIT_FAILURE); } for(times_to_send=0;times_to_send<5;times_to_send++){ sprintf(my_data.some_data,"Hello from %d",my_data.client_pid,my_data.some_data); write(server_fifo_fd,&my_data,sizeof(my_data)); client_fifo_fd=open(client_fifo,O_RDONLY); if(client_fifo_fd!=-1){ if(read(client_fifo_fd,&my_data,sizeof(my_data))>0){ printf("received:%s\n",my_data.some_data); } close(client_fifo_fd); } } close(server_fifo_fd); unlink(client_fifo); exit(EXIT_SUCCESS); }
5 总结
与管道相比，FIFO最大的特点就是其在文件系统中有fifo文件存在，这样就可以做到进程间通信。
6 FIFO的缺点
当然FIFO也有它的局限性。客户端可以发请求到服务器，但前提是要知道一个公共的FIFO通道，对于实现服务器回传应答到客户端的问题，可以通过为每一个客户端创建一个专用的FIFO，来实现回传应答。但也有不足，服务器会同时应答成千上万个客户端，创建如此多的FIFO是否会使系统负载过大，相应的如何判断客户端是否因意外而崩溃成为难题，或者客户端不读取应答直接退出，所以服务器必须处理SIGPIPE信号，并做相应处理。（当没有进程为读打开FIFO文件时，write函数进行写操作会产生SIGPIPE信号）
