进程间通信之FIFO

FIFO俗名叫 命名管道(有名管道)，是进程间通信的一种方法。其实，所谓的管道，就是内核里面的一块缓存。从管道的一段写入的数据，实际上是缓存在内核中的，另一端读取，也就是从内核中读取这段数据。另外，管道传输的数据是无格式的流且大小受限。第二个参数为管道权限，一般设置为0666就可以了，即管道文件有读®写(w)权限，不需要执行(x)权限。
区别于pipe（匿名管道），在pipe中，我们可以使用 fork 创建子进程，创建的子进程会复制父进程的文件描述符，这样就做到了两个进程各有两个fd[0]（读端） 与 fd[1]（写端），两个进程就可以通过各自的 fd 写入和读取同一个管道文件实现跨进程通信了。管道只能一端写入，另一端读出，所以上面这种模式容易造成混乱，因为父进程和子进程都可以同时写入，也都可以读出。为了避免这种情况，所以通常的做法是：
父进程关闭读取的 fd[0]，只保留写入的 fd[1]；
子进程关闭写入的 fd[1]，只保留读取的 fd[0]；
然后父进程写，子进程读。
但是，pipe由于需要fork创建进程，所以它只能用在父子进程间的通信，无法在不相关的进程间通信，因此有了FIFO。

对于命名管道FIFO，它可以在不相关的进程间也能相互通信。因为命令管道，提前创建了一个类型为管道的设备文件，在进程里只要使用这个设备文件，就可以相互通信。大致示意图如下

有一点需要强调：

不管是匿名管道还是命名管道，进程写入的数据都是缓存在内核中，另一个进程读取数据时候自然也是从内核中获取，同时通信数据都遵循先进先出原则，不支持 lseek 之类的文件定位操作。

FIFO的阻塞与非阻塞

使用open函数打开fifo时，第二个参数有一个非阻塞标志(O_NONBLOCK)，有以下几种情况需要注意：“”
1、不指定O_NONBLOCK时：
① open以只读方式打开FIFO时，要阻塞到某个“写”进程启动时才会运行。
②open以只写方式打开FIFO时，要阻塞到某个"读"进程启动时才会运行。
③open以只读、只写方式打开FIFO时会阻塞，调用read函数从FIFO里读数据时read也会阻塞。
④调用write函数向FIFO里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。

2、指定O_NONBLOCK时
①以只读方式（O_RDONLY | O_NONBLOCK）打开fifo，即便没有"写"进程启动，open也不会阻塞。
②以只写方式（O_WRONLY | O_NONBLOCK）打开fifo，如果没有‘’读”进程启动，open会出错：open: No such device or address。
③read、write读写管道中的数据时不会阻塞。

下面看一下操作系统提供的操作有名管道的一些API：
① 创建fifo
有两个方法：

1. 直接在命令行输入mkfifo 管道名称。
2. 调用mkfifo函数进行创建。

       #include <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>

       int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
       第一个参数为管道的路径
       第二个参数为管道的权限，一般设置为0666就可以了，即管道文件有读(r)写(w)权限，没有执行(x)权限。 

如下图创建一个fifo
下面看一个简单的例子，写两个函数，一个用于往管道中写数据，另一个往管道中读数据，实现不同进程间的通信。

进程1（写数据）

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <chrono>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <thread>
using namespace std;


int main(int argc, const char* argv[]){
    if(argc < 2){ 
        cout << "参数为管道名称" << endl;
        exit(-1);
    }   
    int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    
    char buf[20];
    int ret = 1;
    while((ret = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0){ 
        if(strcmp(buf, "") != 0){ 
            cout << "读取到: " << buf;
        }   
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }   
    cout << "数据已被读取完毕, 进程退出!" << endl;
    return 0;
}                  

进程2（写数据）

#include <iostream>
#include <string.h>                                                 
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <chrono>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <thread>
using namespace std;

int main(int argc, const char* argv[2]){
    int fd = open(argv[1], O_WRONLY);
    if(argc < 2){
        cout << "需要一个参数: 管道名称" << endl;
        exit(-1);    
    }
    if(fd < 0){
        perror("open");
    }

    char buf[100];
    int i = 1;
    while(i < 50){
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        sprintf(buf, "第%d条数据\n", i++);
        cout << "写入: " << buf;
        write(fd, buf, sizeof(buf));
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(3);
    }
    close(fd);
    return 0;                                                                
}