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。