管道和FIFO

1.管道(pipe)

  管道在Unix及Linux进程间通信是最基础的，很容易理解。管道就像一个自来水管，一端注入水，一端放出水，水只能在一个方向上流动，而不能双向流动。管道是典型的单向通信，即计算机网络所说的“半双工”。管道又名匿名管道，所以只能用在具有公共祖先的进程之间使用，通常使用在父子进程之间通信。通常是父进程创建一个管道，然后fork一个子进程，此后父子进程共享这个管道进行通信。

管道又pipe函数创建，函数原型如下：

#include <unistd.h>

Int pipd(int fd[2]);成功返回0，否则返回-1；参数fd返回两个文件描述符，fd[0]为读，fd[1]为写，fd[1]的输入是fd[0]的输出。即fd[0]对应读端，fd[1]对应写端。

举例说明一下管道的用法：模拟client-server通信过程，父进程模拟client,子进程模拟server。Server向client发送一个字符串，client接收到输出到屏幕。

#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <errno.h>#include <string.h>int main(){int fd[2];pid_t childpid;char buf[100];    memset(buf, 0, 100); //进行内存初始化//创建一个管道if (pipe(fd) == -1){perror("pipe() error");exit(-1);}//创建一个子进程childpid = fork();if (childpid == 0)//创建子进程成功{printf ("server input a message: ");scanf("%s", buf);//关闭读端close(fd[0]);write(fd[1], buf, strlen(buf));exit(0);}    if (childpid == -1){perror("fork() error");exit(-1);}//父进程关闭写端close(fd[1]);read(fd[0], buf, 100);printf("client read a message: %s\n", buf);waitpid(childpid, NULL, 0);return 0;}

程序执行结果如下:

上面程序的细节问题在于子程序需要关闭读端，父进程需要关闭写端。因为管道最早提出时候是单向，虽然现在有些系统提供全双工管道。那么如何采用管道实现双向通信呢？很显然我们需要两个管道，控制两个不同的数据流向。现在又模拟一个Client和Server双向通信的过程，Client与Server之间可以相互发送和接受信息。此时需要两个管道进行模拟，管道1模拟Server写Client读数据流向，管道2模拟Client写Server读数据流向。代码如下所示:

#include <unistd.h>  #include <stdio.h>  #include <stdlib.h>  #include <sys/types.h>  #include <errno.h>  #include <string.h>    int main()  {     int fd1[2],fd2[2];     pid_t childpid;     char buf[100];      memset(buf,0,100);          if(pipe(fd1) == -1)     {         perror("pipe() error");         exit(-1);     }     if(pipe(fd2) == -1)     {         perror("pipe() error");         exit(-1);     }     childpid = fork();     if(childpid == 0)     {         printf("Server input a message : ");         gets(buf);         close(fd1[0]);         close(fd2[1]);         write(fd1[1],buf,strlen(buf));         read(fd2[0],buf,100);         printf("Server received message from client:%s\n",buf);         exit(0);     }     if(childpid == -1)     {         perror("fork() error");         exit(-1);     }     close(fd1[1]);     close(fd2[0]);     read(fd1[0],buf,100);     printf("Client receive a message from server: %s\n",buf);     printf("Client input a message : ");     gets(buf);     write(fd2[1],buf,strlen(buf));     waitpid(childpid,NULL,0);     return 0;}

程序执行结果如下:

2.FIFO（first in firstout）

  FIFO又名有名管道，相对于上述管道而言。管道没有名字，因此只能在具有共同祖先进程的各个进程之间通信，无法在无亲缘关系的两个进程之间创建一个管道进行通信。为此有了FIFO，类似管道，也是一个单向（半双工）数据流，每个FIFO有一个路径名与之关联，从而允许无亲缘关系的进程访问同一个FIFO。FIFO由mkfifo函数创建

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode); 成功返回0，出错返回-1。pathname是一个普通的路径名，是FIFO的名字，mode指定文件的权位。

在创建FIFO后，必须打开来读或者打开来写，不能打开来既读既写（因为FIFO是半双工）。现在采用FIFO实现上面的第二个例子，代码实现如下:

#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <errno.h>#include <string.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#define FILE_MODE(S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)#define FIFO1 "/tmp/fifo.1"#define FIFO2 "/tmp/fifo.2"int main(){   int readfd, writefd;   pid_t childpid;   char buf[100];   memset(buf, 0, 100);   //创建FIFO   if ((mkfifo(FIFO1, FILE_MODE) <0) && (errno != EEXIST))   {   perror("mkfifo() error");   exit(-1);   }    if ((mkfifo(FIFO2, FILE_MODE) <0) && (errno != EEXIST))   {   unlink(FIFO1);   perror("mkfifo() error");   exit(-1);   }//创建子进程childpid = fork();if (childpid == 0){readfd = open(FIFO1,O_RDONLY,0 );        readfd = open(FIFO2,O_WRONLY,0 );printf("Server input a message: ");gets(buf);write(writefd,buf,strlen(buf));read(readfd, buf, 100);printf("Server received a message from Client: %s\n", buf);exit(0);}if (childpid = -1){perror("fork() error");exit(-1);}//防止死锁，注意顺序    writefd = open(FIFO1,O_WRONLY,0);     readfd = open(FIFO2,O_RDONLY,0);     read(readfd,buf,100);     printf("Client received a message form Server: %s\n",buf);     printf("Client input a mesage: ");     gets(buf);     write(writefd,buf,strlen(buf));     waitpid(childpid,NULL,0);     close(readfd);     close(writefd);     unlink(FIFO1);     unlink(FIFO2);     return 0;     }

运行结果如下：

上面的程序当中父进程打开FIFO的顺序不能颠倒，否则会造成死锁。因为在当前没有任何进程打开某个FIFO来写的时候，打开该FIFO来读的进程将会阻塞。交换父进程中两个open的调用顺序后，父子进程都将打开同一个FIFO进行读，而当前没有任何进程来打开该文件进行写，于是父子进程都阻塞，造成死锁。

下面采用FIFO实现无亲缘关系的两个进程之间的通信。Client与Server是两个独立的进程，程序代码如下:

//公共同文件fifo.h #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h>#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <fcntl.h>#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)#define FIFO1   "/tmp/fifo.1"#define FIFO2   "/tmp/fifo.2" //server进程 server.c  #include "fifo.h"  int main() {      int readfd,writefd; pid_t   childpid; char buf[100]; memset(buf,0,100);//创建FIFOif((mkfifo(FIFO1,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST)){perror("mkfifo() error");exit(-1);}if((mkfifo(FIFO2,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST)){unlink(FIFO1);perror("mkfifo() error");exit(-1);}readfd = open(FIFO1,O_RDONLY,0);writefd = open(FIFO2,O_WRONLY,0);printf("Server input a message: ");gets(buf);write(writefd,buf,strlen(buf));read(readfd,buf,100);printf("Server received a message from Client: %s\n",buf);return 0;}复制代码复制代码 //client进程 client。c #include "fifo.h"  int main() { int readfd,writefd; pid_t   childpid; char buf[100]; memset(buf,0,100);//创建FIFOif((mkfifo(FIFO1,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST)){perror("mkfifo() error");exit(-1);}if((mkfifo(FIFO2,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST)){unlink(FIFO1);perror("mkfifo() error");exit(-1);}//防止死锁，注意顺序writefd = open(FIFO1,O_WRONLY,0);readfd = open(FIFO2,O_RDONLY,0);read(readfd,buf,100);printf("Client received a message form Server: %s\n",buf);printf("Client input a mesage: ");gets(buf);write(writefd,buf,strlen(buf));close(readfd);close(writefd);unlink(FIFO1);unlink(FIFO2);return 0;}

先执行server进程，然后执行client进程：结果如下