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细说linux IPC（六）：pipe和FIFO

2024-08-03 19:54:16   217人阅读

在unix系统上最早的IPC形式为管道，管道的创建使用pipe函数：
  1. #include <unistd.h>  
  2.  int pipe(int pipefd[2]);  

该函数创建一个单向的管道，返回两个描述符 pipefd[0],和pipefd[1]，pipefd[0]用于读操作，pipefd[1]用于写操作。该函数一般应用在父子进程（有亲缘关系的进 程）之间的通信，先是一个进程创建管道，再fork出一个子进程，然后父子进程可以通过管道来实现通信。
管道具有以下特点：
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；
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）；
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。
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。


函数pipe一般使用步骤如下：
1.pipe创建管道；
2.fork创建子进程；
3.父子进程分别关闭掉读和写（或写和读）描述符；
4.读端在读描述符上开始读（或阻塞在读上等待写端完成写），写端开始写，完成父子进程通信过程。
一个简单的通信实现（来自linux man手册的修改）
  1. #include <sys/wait.h>  
  2. #include <stdio.h>  
  3. #include <stdlib.h>  
  4. #include <unistd.h>  
  5. #include <string.h>  
  6. #include <errno.h>  
  7.   
  8.   
  9. int main(int argc, char *argv[])  
  10. {  
  11.    int pipefd[2];  
  12.    pid_t cpid;  
  13.    char buf[128];  
  14.    int readlen;  
  15.   
  16.   
  17.    if (argc != 2) {  
  18.         fprintf(stderr, "Usage: %s <string>\n", argv[0]);  
  19.         return -1;  
  20.    }  
  21.    if (pipe(pipefd) < 0) {  
  22.        fprintf(stderr, "pipe: %s\n", strerror(errno));  
  23.        return -1;  
  24.    }  
  25.    cpid = fork();  
  26.    if (cpid < 0) {  
  27.        fprintf(stderr, "fork: %s\n", strerror(errno));  
  28.        return -1;  
  29.    }  
  30.    if (0 == cpid) { /* 子进程 */  
  31.        close(pipefd[1]); /* 子进程关闭写端 */  
  32.        readlen = read(pipefd[0], buf, 128); //子进程阻塞在读上，等待父进程写  
  33.        if (readlen < 0) {  
  34.             fprintf(stderr, "read: %s\n", strerror(errno));  
  35.             return -1;  
  36.        }  
  37.        write(STDOUT_FILENO, buf, readlen);  
  38.        write(STDOUT_FILENO, "\n", 1);  
  39.        close(pipefd[0]); //读完之后关闭读描述符  
  40.        return 0;  
  41.    } else { /* 父进程 */  
  42.        close(pipefd[0]); /*父进程关闭没用的读端 */  
  43.        sleep(2);  
  44.        write(pipefd[1], argv[1], strlen(argv[1])); //父进程开始写  
  45.        close(pipefd[1]); /* 父进程关闭写描述符 */  
  46.        wait(NULL); /* 父进程等待子进程退出，回收子进程资源 */  
  47.        return 0;  
  48.    }  
  49. }  

运行时将打印命令行输入参数，打印将在父进程睡眠2秒之后，子进程将阻塞在读，直到父进程写完数据，可见管道是有同步机制的，不需要自己添加同步机制。如果希望两个进程双向数据传输，那么需要建立两个管道来实现。
管道最大的劣势就是只能在拥有共同祖先进程的进程之间通信，在无亲缘关系的两个进程之间没有办法使用，不过有名管道FIFO解决了这个问题。FIFO类似 于pipe，也是只能单向传输数据，不过和pipe不同的是他可以在无亲缘关系的进程之间通信，它提供一个路径与之关联，所以只要能访问该路径的进程都可 以建立起通信，类似于前面的共享内存，都提供一个路径与之关联。
  1. #include <sys/types.h>  
  2. #include <sys/stat.h>  
  3. int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);  
pathname 为系统路径名，mode为文件权限位，类似open函数第二个参数。
打开或创建一个新的fifo是先调用mkfifo，当指定的pathname已存在fifo时，mkfifo返回EEXIST错误，此时再调用open函数。
下面来使用mkfifo实现一个无亲缘关系进程间的双向通信，此时需要建立两个fifo，分别用于读写。服务进程循环的读并等待客户进程写，之后打印客户进程传来数据并向客户进程返回数据；客户进程向服务器写数据并等待读取服务进程返回的数据。
server process：
  1. #include <stdio.h>  
  2. #include <string.h>  
  3. #include <errno.h>  
  4. #include <sys/stat.h>  
  5. #include <sys/types.h>  
  6. #include <fcntl.h>  
  7. #include "slnipc.h"  
  8. int main(int argc, const char *argv[])  
  9. {  
  10.     int rc;  
  11.     int wr_fd, rd_fd;  
  12.     char sendbuf[128];  
  13.     char recvbuf[128];  
  14.     rc = mkfifo(SLN_IPC_2SER_PATH, O_CREAT | O_EXCL); //建立服务进程读的fifo  
  15.     if ((rc < 0 ) && (errno != EEXIST)) {  
  16.         fprintf(stderr, "mkfifo: %s\n", strerror(errno));  
  17.         return -1;  
  18.     }  
  19.     rc = mkfifo(SLN_IPC_2CLT_PATH, O_CREAT | O_EXCL); //建立服务进程写的fifo  
  20.     if ((rc < 0 ) && (errno != EEXIST)) {  
  21.         fprintf(stderr, "mkfifo: %s\n", strerror(errno));  
  22.         return -1;  
  23.     }  
  24.     wr_fd = open(SLN_IPC_2CLT_PATH, O_RDWR, 0);  
  25.     if (wr_fd < 0) {  
  26.         fprintf(stderr, "open: %s\n", strerror(errno));  
  27.         return -1;  
  28.     }  
  29.     rd_fd = open(SLN_IPC_2SER_PATH, O_RDWR, 0);  
  30.     if (rd_fd < 0) {  
  31.         fprintf(stderr, "open: %s\n", strerror(errno));  
  32.         return -1;  
  33.     }  
  34.     for (;;) {  
  35.         rc = read(rd_fd, recvbuf, sizeof(recvbuf)); //循环等待接受客户进程数据  
  36.         if (rc < 0) {  
  37.             fprintf(stderr, "read: %s\n", strerror(errno));  
  38.             continue;  
  39.         }  
  40.         printf("server recv: %s\n", recvbuf);  
  41.         snprintf(sendbuf, sizeof(sendbuf), "Hello, this is server!\n");  
  42.         rc = write(wr_fd, sendbuf, strlen(sendbuf));  
  43.         if (rc < 0) {  
  44.             fprintf(stderr, "write: %s\n", strerror(errno));  
  45.             continue;  
  46.         }  
  47.     }  
  48.     close(wr_fd);  
  49.     close(rd_fd);  
  50.     return 0;  
  51. }  

client process
  1. #include <stdio.h>  
  2. #include <sys/stat.h>  
  3. #include <sys/types.h>  
  4. #include <fcntl.h>  
  5. #include <string.h>  
  6. #include <errno.h>  
  7. #include "slnipc.h"  
  8. int main(int argc, const char *argv[])  
  9. {  
  10.     int rc;  
  11.     int rd_fd, wr_fd;  
  12.     char recvbuf[128];  
  13.     char sendbuf[128];  
  14.     if (argc != 2) {  
  15.         fprintf(stderr, "Usage: %s <string>\n", argv[0]);  
  16.         return -1;  
  17.     }  
  18.     snprintf(sendbuf, sizeof(sendbuf), "%s", argv[1]);  
  19.     wr_fd = open(SLN_IPC_2SER_PATH, O_RDWR, 0);  
  20.     if (wr_fd < 0) {  
  21.         fprintf(stderr, "open: %s\n", strerror(errno));  
  22.         return -1;  
  23.     }  
  24.     rd_fd = open(SLN_IPC_2CLT_PATH, O_RDWR, 0);  
  25.     if (rd_fd < 0) {  
  26.         fprintf(stderr, "open: %s\n", strerror(errno));  
  27.         return -1;  
  28.     }  
  29.     rc = write(wr_fd, sendbuf, strlen(sendbuf));  
  30.     if (rc < 0) {  
  31.         fprintf(stderr, "write: %s\n", strerror(errno));  
  32.         return -1;  
  33.     }  
  34.     rc = read(rd_fd, recvbuf, sizeof(recvbuf));  
  35.     if (rc < 0) {  
  36.         fprintf(stderr, "write: %s\n", strerror(errno));  
  37.         return -1;  
  38.     }  
  39.     printf("client read: %s\n", recvbuf);  
  40.     close(wr_fd);  
  41.     close(rd_fd);  
  42.     return 0;  
  43. }  

服务器先启动运行，之后运行客户端，运行结果
  1. # ./server   
  2. server recv: hi,this is fifo client   
  3.   
  4.   
  5. # ./client "hi,this is fifo client"   
  6. client read: Hello, this is server!   


这里有一些类似于socket实现进程间通信过程，只是fifo的读写描述符是两个，socket的读写使用同一个描述符。fifo的出现克服了管道的只 能在有亲缘关系的进程之间的通信。和其他的进程间通信一直，fifo传送的数据也是字节流，需要自己定义协议格式来解析通信的数据，可以使用socket 章节介绍的方式来实现的通信协议。

本节源码下载：

http://download.csdn.net/detail/gentleliu/8183027
  • 相关文章推荐：
  • 细说linux IPC（一）：基于socket的进程间通信（上）
  • 细说linux IPC（二）：基于socket的进程间通信（下）
  • 细说linux IPC（三）：mmap系统调用共享内存
  • 本文来自：爱好Linux技术网
  • 本文链接：http://www.ahlinux.com/c/9591.html
 

细说linux IPC（六）：pipe和FIFO


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