进程间通信1—管道(pipe)和命名管道(FIFO)

进程间通信(Inter-Process Communication,IPC)是用于处理一个多进程系统中各个进程之间的协调。所谓进程间通信，就是指多个进程间相互通信、交换信息的方法。常见的进程间通信方法包括以下几种：

• 管道和命名管道
• 信号
• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 套接字

其中，管道和命名管道、信号、消息队列、共享内存和信号量只适用于本地进程间通信，套接字用于远程通信，因而一般用于网络编程，这里不做介绍。

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1、管道(pipe)

在Linux系统中，管道是一种特殊的文件，它的主要用途是实现进程间通信。

特点：
1. 管道是单向的、先进先出的；
2. 当一个管道建立后，将获得两个文件描述符，分别用于对管道的读取和写入，一个进程在管道的尾部写入数据，另一个进程从管道的头部读出数据；
3. 数据被一个进程读出后，将被从管道中删除，其他读进程不能再读到这些数据；
4. 只能用于父进程和子进程之间的通信。

管道的创建和关闭

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);

此函数用于创建一个管道。参数fd[2]是一个两元整型数组，用于存放调用该函数所创建的两个文件描述符。fd[0]存放读取端文件描述符，fd[1]存放写入端文件描述符。调用成功，返回值0；调用失败，返回值-1；关闭管道只是将两个文件描述符关闭即可，可以使用普通的close函数逐个关闭。

注意：创建管道之后，还不能实现通过管道在两个进程间通信。因为此时管道的读入端和写入端的文件描述符属于同一个进程。因此通常在pipe函数调用完成后，调用fork函数派生一个子进程，需要时调用exec函数族的函数使子进程执行所需程序。然后根据数据传输方向关闭父进程和子进程的一个文件描述符。必须在系统调用fork()之前调用pipe()，否则子进程将不会继承文件描述符。

实例：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int pipe_fd[2];
    pid_t pid;
    char buf_r[100];
    char* p_wbuf;
    int r_num;
    memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));
    /*创建管道*/
    if(pipe(pipe_fd)<0)
    {
        printf("pipe create error\n");
        return -1;
    }
    /*创建子进程*/
    if((pid=fork())==0)  
    {
        printf("\n");
        sleep(2);/*让父进程先运行，这样子进程才能读到信息*/
        if((r_num=read(pipe_fd[0],buf_r,100))>0)
        {
            printf("%d numbers read from the pipe is %s\n",r_num,buf_r);
        }   
        close(pipe_fd[0]);/*父子进程都有两个文件描述符，将不需要使用的文件描述符关闭*/

        if(write(pipe_fd[1]," Pipe",5)!=-1)
            printf("parent write2 Pipe!\n");
        if(write(pipe_fd[1],"\n",3) != -1)
            printf("OK\n");
        close(pipe_fd[1]);
        exit(0);
    }
    else if(pid>0)
    {
        if(write(pipe_fd[1],"Hello",5)!=-1)
            printf("parent write1 Hello!\n");
        close(pipe_fd[1]);/*父子进程都有两个文件描述符，将不需要使用的文件描述符关闭*/
        sleep(5); /*让子进程先运行，这样父进程才能读到信息*/

        if((r_num=read(pipe_fd[0],buf_r,100))>0)
        {
            printf("%d numbers read from the pipe is %s\n",r_num,buf_r);
        }   
        close(pipe_fd[0]);

        waitpid(pid,NULL,0); /*等待子进程结束*/
        exit(0);
    }
    return 0；
}

2、命名管道

命名管道(FIFO)又称为先入先出队列，是一种特殊的管道，存在于文件系统中。命名管道一旦创建，就可以像普通文件一样进行读写操作。

特点：
1. 命名管道可以用于任何两个进程间的通信，并不限制这两个进程同源；
2. 数据被一个进程读出后，将被从管道中删除，其他读进程不能再读到这些数据；
3. 命名管道作为一种特殊的文件存在于文件系统中，而不像管道一样存在于内核中。当进程对命名管道使用完毕，命名管道任然存在于文件系统中，除非对其进行删除操作，否则该命名管道不会消失；
4. 命名管道只能用于单向数据传输，如果要用命名管道实现两个进程间数据的相互交换，需要使用两个命名管道。

管道的创建和关闭

要创建一个命名管道，需要使用如下系统调用：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

参数pathname是一个字符串指针，用于存放命名管道的文件名。参数mode用于指定所创建的文件的权限，其取值及含义与创建普通文件的creat函数中的mode相似。调用成功，返回值0；调用失败，返回值-1。

注意：
1. 一旦创建了一个FIFO，就可以用open()打开它，一般的文件访问函数(read和write)进行读写，使用系统调用close关闭一个命名管道。若要删除一个命名管道，使用系统调用unlink；
2. 使用命名管道时，需要在两个将进行通信的进程中分别打开命名管道，因此当一个进程读打开(或写打开)一个命名管道而没有其他进程写打开(或读打开)此命名管道，该进程就会进入阻塞状态，直到另一个进程写打开(或读打开)此命名管道；
3. 打开FIFO，非阻塞标志(O_NONBLOCK)对以后的读写产生如下影响：
没有使用O_NONBLOCK，访问要求无法满足时进程阻塞，如果试图读取空的FIFO，将导致进程阻塞；若使用O_NONBLOCK，访问时无法满足要求时阻塞。

实例：

pipe_read.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define FIFO "/tmp/myfifo"

int main(int argc,char** argv)
{
    char buf_r[100];
    int  fd;
    int  nread;

    /* 创建管道 检查文件是否存在，不存在则创建，否则返回错误，errno为EEXIST*/
    if((mkfifo(FIFO,O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST))
        printf("cannot create fifoserver\n");

    printf("Preparing for reading bytes...\n");

    memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));

    /* 打开管道 */
    fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);
    if(fd==-1)
    {
        perror("open");
        exit(1);    
    }
    while(1)
    {
        memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));

        if((nread=read(fd,buf_r,100))==-1)
        {
            if(errno==EAGAIN)
                printf("no data yet\n");
        }
        printf("read %s from FIFO\n",buf_r);
        sleep(1);
    }   
    pause(); /*暂停，等待信号*/
    unlink(FIFO); //删除文件
}

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pipe_write.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define FIFO_SERVER "/tmp/myfifo"

int main(int argc,char** argv)
{
    int fd;
    char w_buf[100];
    int nwrite;

    /*打开管道*/
    fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);

    if(argc==1)
    {
        printf("Please send something\n");
        exit(-1);
    }

    strcpy(w_buf,argv[1]);

    /* 向管道写入数据 */
    if((nwrite=write(fd,w_buf,100))==-1)
    {
        if(errno==EAGAIN)
            printf("The FIFO has not been read yet.Please try later\n");
    }
    else 
        printf("write %s to the FIFO\n",w_buf);
}