几种常见进程间通信（IPC）方式之有名管道FIFO

几种常见进程间通信（IPC）方式-有名管道FIFO

前言

进程间通信是指在不同进程之间传播或交换信息，在Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间，进程之间不能相互访问。必须通过内核才能进行数据交换。如图：

常见的通信方式有以下几种：

• 管道pipe
• 有名管道FIFO
• 消息队列MessageQueue
• 共享存储
• 信号量Semaphore
• 信号Signal
• 套接字Socket

接下来我们将详细介绍有名管道

有名管道FIFO

与前面介绍到的管道pipe不同，通过有名管道（命名管道），不相关（没有血缘关系）的进程也能交换数据。

• 原理：FIFO是Linux基础文件类型中的一种，但是FIFO文件在磁盘上没有数据块，只是用来标识内核中一条通道。进程可以打开这个文件进行read和write操作，实际上是在读写内核通道，进程只要能够访问到该路径，则能实现进程间通信。

有名管道创建

//成功返回0，失败返回-1
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

一旦使用mkfifo创建了一个FIFO管道，常见的文件I/O函数都可用于FIFO。

有名管道打开规则

• 如果当前打开操作是读
  1.若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操作成功
  2.反之，则可能会阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO（这取决于是否设置了阻塞标志，没有设置阻塞则返回成功）
• 如果当前打开操作是写
  1.若已经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操作成功
  2.反之，则可能会阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO（这取决于是否设置了阻塞标志，没有设置阻塞则返回ENXIO错误）

一旦设置了阻塞标志，那么管道的两端读写必须都打开，有任何一方未打开，调用open时就会被阻塞

从FIFO中读取数据

• 设置了阻塞标志的读操作
  对于各个读进程来说，这个有名管道是临界资源，读打开阻塞标志保证了只允许第一个读操作，而其他的读操作将被阻塞，直到第一个读操作完成后才被唤醒。对于设置了阻塞标志的读操作而言，造成阻塞的原因有两个
  1.FIFO内有数据，但是有其他进程在读。
  2.FIFO内没有数据。（会在FIFO中有新数据写入时被唤醒）

• 没有设置阻塞标志的读操作
  如果读取失败会返回-1，当前error值为EAGAIN

从FIFO中写入数据

• 设置了阻塞标志的写操作
  1.当请求写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳请求写入的字节数，则阻塞，直到能够容纳后解阻塞。
  2.当请求写入数据量大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性，如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；否则返回EAGIN错误，提醒以后再写。

• 没有设置阻塞标志的写操作
  1.当请求写入的数据量不大于PIPE_BUG时，linux将保证写入原子性。如果此时管道空闲缓冲区足以容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；否则将返回EAGAIN错误，提醒以后再写。
  2.当请求写入的数据量大于PIPE_BUG时，linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后返回。

（保证写入原子性：写入操作完成之后才能进行进程切换，保证写入的正确性）

fifo_write.c

创建FIFO并且向其中写入数据。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void sys_err(char *str)
{
        perror(str);
        exit(-1);
}

int main()
{
        int fd, i;
        char buf[4096];
        //创建有名管道
        if(mkfifo("./myfifo", 0777) != 0) {
                perror("fifo create err!!");
        }
        //打开有名管道
        fd = open("./myfifo", O_WRONLY);
        if (fd < 0){
                sys_err("open");
                exit(1);
        }

        i = 0;
        while (1) {
                sprintf(buf, "hello itcast %d\n", i++);
                //写数据
                write(fd, buf, strlen(buf));
        }
        close(fd);

        return 0;
}

fifo_read.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void sys_err(char *str)
{
        perror(str);
        exit(1);
}

int main()
{
        int fd, len;
        char buf[4096];
        //打开有名管道
        fd = open("./myfifo", O_RDONLY);
        if (fd < 0) {
                sys_err("open");
        }
        while (1) {
                //读取数据
                len = read(fd, buf, sizeof(buf));
                write(STDOUT_FILENO, buf, len);
                sleep(3);           //多個读端时应增加睡眠秒数,放大效果.
        }
        close(fd);

        return 0;
}

总结

有名管道相比较于管道pipe（匿名管道）来说，解决了非血缘关系进程之间的通信。有名管道和匿名管道（pipe）的区别如下：

• 匿名管道必须由进程进行创建然后进行亲缘进程之间的通信，但是有名管道可以是事先创建好，进程可以之间访问其path进行操作（前提是有足够的权限访问该path）。
• 匿名管道在创建的时候就已经被打开了，只需要自行关闭，而有名管道需要自行进行open和close操作。
• 匿名管道只能用于有血缘关系的进程之间通信，而有名管道不是。

接下来我们将介绍消息队列。