Linux学习——进程间通信方式（1）

管道（Pipe）和有名管道（FIFO）

一、无名管道(pipe)

1.1管道的介绍

管道可以用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘进程间的通信。

A.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

B.只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程);

C.单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。

D.数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

1.2管道的创建

解释如下 :

从以上我们可以知道:

管道是基于文件描述符的通信方式。当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符fd[0]和fd[1]。其中fd[0]固定用于读管道，而fd[1]固定用于写管道,一般文件I/O的函数都可以用来操作管道(lseek除外)。

1.3读写无名管道

A.从管道中读取数据

（1）如果管道的写端不存在 ，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>int main(){    int n;    int fd[2];    int count = 0;    char buf[100] = {0};    if(pipe(fd) < 0)    {        perror("Fail to create pipe");        exit(EXIT_FAILURE);    }    close(fd[1]);    if((n = read(fd[0],buf,sizeof(buf))) < 0)    {        perror("Fail to read pipe");        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf("Rread %d bytes : %s.\n",n,buf);    return 0;}

运行结果：

（2）当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF(ubuntu操作系统为65536)，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则放回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数(此时，管道中数据量不小于请求的数据量)

B.向管道中写入数据
向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。当管道满时，读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。

注意：只有管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号，应用程序可以处理该信号，也可以忽略(默认动作则是使应用程序终止)。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <string.h>int main(){    int pid;    int n;    int fd[2];    char buf[1000 * 6] = {0};    if(pipe(fd) < 0)    {        perror("Fail to pipe");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if((pid = fork()) < 0)    {        perror("Fail to fork");        exit(EXIT_FAILURE);    }else if(pid == 0){        close(fd[1]);        sleep(5);        close(fd[0]);        printf("Read port close.\n");        sleep(3);    }else{        close(fd[0]);        while(1)        {            n = write(fd[1],buf,sizeof(buf));            printf("Write %d bytes to pipe.\n",n);        }    }    exit(EXIT_SUCCESS);}

运行结果：

探究发现，当管道数据满时，此时再向管道写数据，写端将阻塞。当读端不存在时，写端写数据，内核将向其发送SIGPIPE信号，默认是终止进程

二、有名管道

1.1有名管道的介绍

无名管道，由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信.。为了克服这个缺点，提出了有名管道(FIFO)。

FIFO不同于无名管道之处在于它提供了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，因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值的注意的是，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。

注意：有名管道的名字存在于文件系统中，内容存放在内存中。

1.2有名管道的创建

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode参数相同。如果mkfifo的一个参数是一个已经存在路径名时，会返回EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，如果确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。

1.3有名管道的打开规则

有名管道比无名管道多了一个打开操作：open

FIFO的打开规则:

如果当前打开操作时为读而打开FIFO时，若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞到有相应进程为写而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志)；或者，成功返回(当前打开操作没有设置阻塞标志)。

如果当前打开操作时为写而打开FIFO时，如果已经有相应进程为读而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志)；或者，返回ENIO错误(当期打开操作没有设置阻塞标志)。

案例:

A.open for write

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int main(int argc,char *argv[]){    int fd;    if(argc < 2)    {        fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);        exit(EXIT_FAILURE);    }    if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)    {        fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    if((fd = open(argv[1],O_WRONLY)) < 0)    {        fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf("open for write success.\n");    return 0;}

B.open for read

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int main(int argc,char *argv[]){    int fd;    if(argc < 2)    {        fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);        exit(EXIT_FAILURE);    }    if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)    {        fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    if((fd = open(argv[1],O_RDONLY)) < 0)    {        fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf("open for read success.\n");    return 0;}

探究发现，如果open时没有使用O_NONBLOCK参数，我们发现不论读端还是写端先打开，先打开者都会阻塞，一直阻塞到另一端打开。

读者自己可以探究，如果open时使用了O_NONBLOCK参数，此时打开FIFO 又会是什么情况?

1.4有名管道的读写规则

A.从FIFO中读取数据

约定：如果一个进程为了从FIFO中读取数据而以阻塞的方式打开FIFO， 则称内核为该进程的读操作设置了阻塞标志

<1>如果有进程为写而打开FIFO，且当前FIFO内没有数据，则对于设置了阻塞标志的读操作来说，将一直阻塞。对于没有设置阻塞标志读操作来说返回-1,当前errno值为EAGAIN,提醒以后再试。

<2>对于设置阻塞标志的读操作说，造成阻塞的原因有两种:当前FIFO内有数据，但有其他进程正在读这些数据；另外就是FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入,不论写入数据量的大小，也不论读操作请求多少数据量。

<3>如果没有进程写打开FIFO,则设置了阻塞标志的读操作会阻塞

<4>如果写端关闭，管道中有数据读取管道中的数据，如果管道中没有数据读端将不会继续阻塞，此时返回0。

注意：如果FIFO中有数据，则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞，此时，读操作会返回FIFO中现有的数据量。

B.向FIFO中写入数据

约定：如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的写操作设置了阻塞标志。

对于设置了阻塞标志的写操作:

<1>当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数，则进入睡眠，直到当缓冲区中能够容纳写入的字节数时，才开始进行一次性写操作。

<2>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。FIFO缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操作在写完所有请求写的数据后返回。

对于没有设置阻塞标志的写操作:

<1>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。在写满所有FIFO空闲缓冲区后，写操作返回。

<2>当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒以后再写。

注意：只有读端存在，写端才有意义。如果读端不在，写端向FIFO写数据，内核将向对应的进程发送SIGPIPE信号（默认终止进程）；

案例一、

write to FIFO

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#define MAX 655360int main(int argc,char *argv[]){    int n,fd;    char buf[MAX];    if(argc < 2)    {        fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);        exit(EXIT_FAILURE);    }    if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)    {        fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    if((fd = open(argv[1],O_WRONLY )) < 0)    {        fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf("open for write success.\n");    while(1)    {        printf(">");        scanf("%d",&n);        n = write(fd,buf,n);        printf("write %d bytes.\n",n);    }    exit(EXIT_SUCCESS);}

read from FIFO

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#define MAX 655360int main(int argc,char *argv[]){    int fd,n;    char buf[MAX];    if(argc < 2)    {        fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);        exit(EXIT_FAILURE);    }    if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)    {        fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    if((fd = open(argv[1],O_RDONLY )) < 0)    {        fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf("open for read success.\n");    while(1)    {        printf(">");        scanf("%d",&n);        n = read(fd,buf,n);        printf("Read %d bytes.\n",n);    }    exit(EXIT_SUCCESS);}

读者可以将这两个程序运行，然后输入read和write   FIFO大小就可以看到效果。

转载自http://blog.csdn.net/w616589292/article/details/50957456