管道(pipe、mkfifo)

管道概念

  Linux下一切皆文件，我们可以创建一个管道文件进行通信，实际上是调用pipe函数在内核中开辟一块缓冲区（称为管道）用于通信，使不同的进程看到同一份资源，管道是一种最基本的IPC机制，由pipe函数创建 。下面我们将看到两种管道-匿名管道及命名管道的实现

匿名管道通信的实现

  它有一个读端一个写端,然后通过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符,filedes[0]指向管道的读端,filedes[1]指向管道的写端(很好记,就像0是标准输入1是标准输出一样)。所以管道在用户程序看起来就像一个打开的文件,通过read(filedes[0]);或者write(filedes[1]);向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。pipe函数调⽤用成功返回0,调⽤用失败返回-1。

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

  我们可以看到pipe函数的定义非常特别，该函数在数组中墙上两个新的文件描述符后返回0，如果返回返回-1，并设置errno来说明失败原因。

  数组中的两个文件描述符以一种特殊的方式连接起来，数据基于先进先出的原则，写到_pipe[1]的所有数据都可以从_pipe[0]读回来。由于数据基于先进先出的原则，所以读取的数据和写入的数据是一致的。

特别提醒：

1. pipe是基于文件描述符工作的，所以在使用pipe后，数据必须要用底层的read和write调用来读取和发送。
2. 不要用_pipe[0]写数据，也不要用_pipe[1]读数据，其行为未定义的，但在有些系统上可能会返回-1表示调用失败。数据只能从_pipe[0]中读取，数据也只能写入到_pipe[1]，不能倒过来。

首先，我们在原先的进程中创建一个管道，然后再调用fork创建一个新的进程，最后通过管道在两个进程之间传递数据。父进程进行读操作，子进程进行写操作。代码如下：

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#include <string.h>#include <sys/wait.h>int main(){    int _pipe[2];    int ret = pipe(_pipe);    if(ret == -1)    {        printf("creat pipe error!errno code is:%d\n",errno);        return 1;    }    pid_t id = fork();    if(id < 0)    {        printf("fork error!");        return 2;    }    else if(id==0)//child    {        close(_pipe[0]);//关掉读        int i = 0;        char* buf = NULL;        while(i<20)        {            if(i<10)            {                  buf = " i am child!";                write(_pipe[1], buf,strlen(buf)+1);//写入            }            sleep(1);            i++;        }    }    else//father    {        close(_pipe[1]);//关掉写        char buf[100];        int j = 0;        while(j<3) //读取三次        {            memset(buf,'\0',sizeof(buf));//清空buf            int ret = read(_pipe[0],buf,sizeof(buf));//读出            printf("%s:code is %d\n",buf,ret);            j++;        }        close(_pipe[0]);    }    return 0;}

命名管道（双向管道）

  上述匿名管道存在一个很大的缺陷，那就是匿名管道只能用于父子进程或者说有血缘关系的进程之间，命名管道的存在就是为了解决这个缺陷。

  命名管道也被称为FIFO文件，它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，但是它的行为却和之前所讲的没有名字的管道（匿名管道）类似。

  Linux中所有的事物都可被视为文件，所以对命名管道的使用也就变得与文件操作非常的统一，也使它的使用非常方便，同时我们也可以像平常的文件名一样在命令中使用。

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

打开FIFO文件通常有四种方式：

1. open(const char *path, O_RDONLY); 2. open(const char *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK); 3. open(const char *path, O_WRONLY); 4. open(const char *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK); 

在open函数的调用的第二个参数中，选项O_NONBLOCK表示非阻塞，加上这个选项后，表示open调用是非阻塞的，如果没有这个选项，则表示open调用是阻塞的。

open调用的阻塞是什么一回事呢？很简单，对于以只读方式（O_RDONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_RDONLY），除非有一个进程以写方式打开同一个FIFO，否则它不会返回；如果open调用是非阻塞的的（即第二个参数为O_RDONLY | O_NONBLOCK），则即使没有其他进程以写方式打开同一个FIFO文件，open调用将成功并立即返回。

对于以只写方式（O_WRONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY），open调用将被阻塞，直到有一个进程以只读方式打开同一个FIFO文件为止；如果open调用是非阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY | O_NONBLOCK），open总会立即返回，但如果没有其他进程以只读方式打开同一个FIFO文件，open调用将返回-1，并且FIFO也不会被打开。

我们来写两个程序，server和client，让他们通过管道文件实现通信。server读出cilent写入的数据。

server.c

int main() {      char buf_r[100];      int  fd;      int  nread;      printf("Preparing for reading bytes...\n");     memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));//清空buf_r     //以只读方式打开管道文件     fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);      if(fd==-1)      {          perror("open");          exit(1);          }      while(1)      {          memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));         nread=read(fd,buf_r,100);        if(nread==-1)         {             perror("read\n");         }          printf("server read from FIFO:%s\n",buf_r);         sleep(1);      }       close(fd); //关闭管道      pause(); /*暂停，等待信号*/      unlink(FIFO); //删除文件 }  

client.c

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h>  #include <errno.h> #include <fcntl.h>  #include <stdio.h> #include <stdlib.h>  #include <string.h> #define FIFO_SERVER "./myfifo" int main(){      int fd;      char w_buf[100]="i am client!!!";      int nwrite;      int ret = mkfifo(FIFO_SERVER,O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR);    if(ret<0)     {          printf("create fifo failed\n");     }      //以只写方式打开管道文件      fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY |O_NONBLOCK,0);      if(fd==-1)      {          perror("open"\n);          exit(1);      }      //为管道写入数据    nwrite=write(fd,w_buf,100)；      if(nwrite<0)     {        perror("write\n");    }      else       {          printf("write %s to the FIFO\n",w_buf);     }      close(fd); //关闭管道      return 0;  }