Linux的进程编程-之二-进程间通信（管道）

1.1         管道

管道可用于具有亲缘关系（父子进程或者兄弟进程）之间的通信，管道具有以下特点：

1．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；

2．管道对于两端的进程而言，就是一个文件，但它不属于文件系统，只存在于内存中；

3．每次写入的内容都添加在管道缓冲区的末尾，每次都是从管道缓冲区的头部读出数据；

4．管道没有名字；

5．管道缓冲区是有限的（PIPE_BUF）；

6．文件的I/O函数都可以用于管道，如open( )、close( )、read( )、write( ) 、fcntl( )。

1.1.1       管道的创建

#include<unistd.h>

intpipe( int fd[2] )

fd[0]是管道读端；fd[1]是管道写端。父进程用pipe( )创建管道后，一般再fork()出一个子进程，然后通过管道实现父子进程间的通信。

成功返回0，失败返回-1。

1.1.2       有名管道的创建

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

int mkfifo( const char * name, mode_t mode )

参数name指定与FIFO相关联的名字；成功返回0，失败返回-1。

有名管道（named pipe或FIFO）以FIFO文件的形式存在于文件系统中，因此即使没有亲缘关系的进程也能通过FIFO进行通信。

1.1.3       管道的打开

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<fcntl.h>

intopen( const char *name, int flags )

int open( const char *name, int flags, mode_t mode )

参数name指定了文件名（包含路径），当前进程必须能够访问该文件。

成功返回文件描述符fd，失败返回-1。

参数flags可以取：

O_RDONLY     O_WRONLY      O_RDWR（三选一）

O_CREAT

单独使用O_CREAT，如果name指定的文件不存在，就创建该文件，并返回其描述符；如果name指定的文件已经存在，就返回该文件的描述符。如果指定了O_CREAT，需要使用open( )的第二种形式，其中参数mode指定了新创建文件的访问权限。

用户

 

组成员

 

其他成员

 

S_IXUSR

100

S_IXGRP

010

S_IXOTH

001

S_IWUSR

200

S_IWGRP

020

S_IWOTH

002

S_IRUSR

400

S_IRGRP

040

S_IROTH

004

S_IRWXU

700

S_IRWXG

070

S_IRWXO

007

O_EXCL

单独使用O_EXCL是没有意义的，如果O_EXCL和O_CREAT一起使用，当name指定的文件已经存在时，就失败返回。

O_APPEND      ：确保每次对文件进行写操作之前，文件偏移指针都会被重新定位到文件末尾

O_NOCTTY      ：如果打开的文件是终端设备，确保该终端设备不会成为当前进程的控制终端

O_TRUNC        ：清空文件内容，如果同时满足以下条件：文件已经存在&&文件是普通文件&&文件能够成功open&&open时指定支持写操作（O_WRONLYor O_RDWR）

O_NONBLOCK：

1．如果open的是FIFO，而且open时指定支持单一读写操作（O_RDONLYor O_WRONLY）：

1.1．指定O_NONBLOCK：

单一读打开的open，立即返回；

单一写打开的open，如果还没有其它进程读打开该FIFO，返回-1。

1.2．未指定O_NONBLOCK：

单一读打开的open会挂起当前进程，直到有其它进程写打开FIFO；

单一写打开的open会挂起当前进程，直到有其它进程读打开FIFO。

2．如果open的文件或设备支持非阻塞打开：

2.1．指定O_NONBLOCK：open会立即返回，不用等待打开的文件或设备ready or available

2.2．未指定O_NONBLOCK：open会挂起当前进程，直到打开的文件或设备ready or available

1.1.4       管道的关闭

#include<unistd.h>

intclose( int fd )

成功返回0，失败返回-1。

1.1.5       从管道中读取数据

1.1.5.1     read( )

#include<unistd.h>

ssize_tread( int fd, void * buf, size_t nbyte )

从fd指定的文件中读取nbyte字节到buf中，返回实际读取到的字节数（可能小于nbyte）。

返回0表明文件为空（读到EOF），读取失败返回-1。

当试图从一个空的FIFO中读取数据时：

1．如果没有其它进程写打开FIFO，read( )返回0；

2．如果有其它进程写打开FIFO：

2.1．当前进程读打开时指定了O_NONBLOCK，read( )返回-1；

2.2．当前进程读打开时未指定O_NONBLOCK，read( )挂起当前进程，直到有数据写入该FIFO，或者是所有写打开该FIFO的进程都关闭了它。

当试图从一个支持非阻塞读操作，但却没有数据available的文件或设备中读取数据时：

1．如果在读打开时指定了O_NONBLOCK，read( )返回-1；

2．如果在读打开时未指定O_NONBLOCK，read( )将挂起当前进程，直到有数据写入。

1.1.5.2     readv

#include<sys/uio.h>

ssize_treadv( int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt )

readv( )将读取出来的数据依次存放到一系列内存单元中（iov[0], iov[1], ..., iov[iovcnt-1]）。

struct iovec

{

void *    iov_base;      // baseaddress of the memory

size_t     iov_len;        // size ofthe memory

}

1.1.6       向管道中写入数据

1.1.6.1     write( )

#include<unistd.h>

ssize_twrite( int fd, const void * buf, size_t nbyte )

向fd指定的文件中写入nbyte字节的数据，数据来源为buf，返回实际写入的字节数（可能小于nbyte）。写入失败返回-1。

当向FIFO写入时：

1．如果写打开时未指定O_NONBLOCK，write挂起当前进程，直到全部nbyte写入完毕；

2．如果写打开时指定了O_NONBLOCK，write执行以下写入操作后，立即返回：

2.1．nbyte≤PIPE_BUF，但FIFO中的剩余空间不足，write不写入任何数据，立即返回-1；

2.2．nbyte＞PIPE_BUF，write会尽可能多的向FIFO中写入数据，立即返回写入的字节数；如果之前存在于FIFO中的数据被读取了，write最终能够向FIFO中写入PIPE_BUF个字节；

2.3．nbyte＞PIPE_BUF，但FIFO中确实一个字节也写不进去了，立即返回-1。

所以总的来看，只要nbyte≤PIPE_BUF，不管有没有指定O_NONBLOCK，都可以保证FIFO写入操作的原子性。

当试图向一个支持非阻塞写操作的文件或设备中写入数据时，如果该文件或设备不能马上接收写入的数据，则：

2．如果在写打开时未指定O_NONBLOCK，write( )将挂起当前进程，直到数据能够写入。

1．如果在写打开时指定了O_NONBLOCK，write( )会尽可能多的向文件或设备中写入数据，并返回成功写入的字节数；如果确实一个字节也写不进去，write( )就返回-1。

1.1.6.2     writev( )

#include<sys/uio.h>

ssize_twritev( int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt )

writev( )将需要写入的数据依次存放到一系列内存单元中（iov[0], iov[1], ..., iov[iovcnt-1]）。

如果所有内存单元的长度之和大于SSIZE_MAX，writev失败返回-1，不进行任何数据写入。