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进程间通信(一)——管道和FIFO

1. 概述

管道没有名字,适用于有亲缘关系的进程间。

FIFO指first in first out,有一个路径名与之关联,从而允许无亲缘关系的进程间使用。亦称:命名管道named pipe。

两者都是单向数据流(半双工管道),具有随进程的持续性,数据都是先进先出,在进程间通信不需要某种形式的同步。

 

2.管道

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2]);

返回:成功0,出错-1;

返回两个文件描述符:fd[0]打开来读,fd[1]打开来写。

典型使用:

(1) 单向的

在父子进程间提供通信手段。

父进程创建管道,然后fork出自身的副本。

父进程关闭读端,用于向管道中写。

子进程关闭写端,用于从管道中读。

(2) 双向的

pipe(pipe1[2]);        pipe1[0], pipe1[1]

pipe(pipe2[2]);        pipe2[0], pipe2[1]

fork() == 0 {//子进程

close(pipe1[1]);

close(pipe2[0]);
}

//父进程

close(pipe1[0]);

close(pipe2[1]);

 

3.pipe例子

下面讲述一个客户——服务器程序。

客户发送路径名,服务器发送文件内容给客户。

#include "unp.h"void client(int, int), server(int, int);int main(void){    int pipe1[2], pipe2[2];    //创建两个管道    //也会在子进程中创建
Pipe(pipe1); Pipe(pipe2); int childid = Fork(); if (childid == 0) { //child Close(pipe1[1]); //关闭写 Close(pipe2[0]); //关闭读 server(pipe1[0], pipe2[1]); exit(0); } Close(pipe1[0]); Close(pipe2[1]); client(pipe2[0], pipe1[1]); //等待子进程终止 waitpid(childid, NULL, 0); exit(0);}

 

server.c代码:

#include "unp.h"//从管道中读取文件名//通过管道把文件发送给客户端void server(int readfd, int writefd){    char buff[MAXLINE + 1];    ssize_t n = Read(readfd, buff, MAXLINE);    if (n == 0) {        err_quit("end-of-file while reading pathname");    }    buff[n] = \0;    int fd = open(buff, O_RDONLY);    if (fd < 0) {        snprintf(buff + n, sizeof(buff) - n, ": can‘t open, %s\n", strerror(errno));        n = strlen(buff);        Write(writefd, buff, n);    } else {        while ((n = Read(fd, buff, MAXLINE)) > 0) {            Write(writefd, buff, n);        }        Close(fd);    }}

 

client.c源码:

#include "unp.h"//从标准输入读入文件路径名,//通过管道发送给服务器,//在从管道接受文件的内容写到标准输出void client(int readfd, int writefd){    char buff[MAXLINE];    Fgets(buff, MAXLINE, stdin);    size_t len = strlen(buff);    if (buff[len - 1] == \n) {        --len;    }    Write(writefd, buff, len);    ssize_t n;    while((n = Read(readfd, buff, MAXLINE)) > 0) {        Write(STDOUT_FILENO, buff, n);    }}

 

4.FIFO

与管道最大差别是有名字,适用于无亲缘进程间。

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

mkfilo隐含指定O_CREAT | O_EXCL, 要是路径已存在返回EEXIST

不想创建一个新的FIFO,可以调用open

mode类似于open的第二个参数,默认定义FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)。

 

5.无亲缘关系的客户与服务器

就是上面的客户端发送文件名,服务器端读取文件内容给客户端的在两个独立进程中的写法。

服务器端源码:

#include "unp.h"void server(int, int);//服务端创建命名两个管道,//在一个上open用于读,在另一个上open用于写int main(void){    //创建时默认O_CREAT | O_EXCL    //要检测路径是否已经存在,即EEXIST    if ((mkfifo("/tmp/fifo.1", FILE_MODE)) && (errno != EEXIST)) {        err_sys("can‘t create /tmp/fifo.1");    }    if ((mkfifo("/tmp/fifo.2", FILE_MODE)) && (errno != EEXIST)) {        //从文件系统中删除路径,也就时FIFO的名字        //文件的链接计数减1,        //等到为0时,且没有进程在使用文件时,删除文件        unlink("tmp/fifo.1");        err_sys("can‘t create /tmp/fifo.2");    }    int readfd = Open("/tmp/fifo.1", O_RDONLY, 0);    int writefd = Open("/tmp/fifo.2", O_WRONLY, 0);    server(readfd, writefd);    exit(0);}

客户端源码:

#include "unp.h"void client(int, int);//打开服务器端已经创建好的管道,//一个用于读,一个用于写,与服务器端相反int main(void){    int writefd = Open("/tmp/fifo.1", O_WRONLY, 0);    int readfd = Open("/tmp/fifo.2", O_RDONLY, 0);    client(readfd, writefd);    Close(readfd);    Close(writefd);    //由客户端删除管道    Unlink("/tmp/fifo.1");    Unlink("/tmp/fifo.2");    exit(0);}

server.c 和 client.c参见上面。

注意:

使用FIFO时,必须注意open的顺序。

在没有进程打开FIFO来写,那么打开该FIFO来读的进程将阻塞

所以在打开FIFO时必须时在一个上读在另一个上写,不能同时打开读然后写。

open(读);open(写);

   open(读);open(写);

会造成死锁,都阻塞在读上。

 

6. 管道和FIFO额外属性

参见UNPv2 P44,4.7节。

 

7.一些特性

(1) 向FIFO中write是原子性的操作,一次性写入的东西作为一个整体来看待。

(2) FIFO只能在单台主机上使用的IPC形式。不能用在NFS安装的文件系统中。

(3) 管道是字节流,系统不对它进行解释。