进程间通信之命名管道FIFO通信

概念

何谓命名管道

• 匿名管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。
• 如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道。
• 命名管道是一种特殊类型的文件。
  FIFO是Linux基础文件类型中的一种。但FIFO文件在磁盘上没有数据块，仅仅用来标识内核中一条通道。各进程可以打开这个文件进行read/write，实际上是在读写内核通道，这样就实现了进程间通信。

匿名管道与命名管道的区别

• 匿名管道由pipe函数创建并打开–一个步骤
• 命名管道由mkfifo函数创建，打开用open–两个步骤
• FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同，一但这些工作完成之后，它们具有相同的语义。

创建一个命名管道

• 命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令：
  $ mkfifo filename
• 命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：
  int mkfifo(const char *filename,mode_t );
• 参考手册man 3 mkfifo

命名管道的打开规则

• 如果当前打开操作是为读而打开FIFO时
  
  • O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO
  • O_NONBLOCK enable：立刻返回成功–意味着非阻塞模式下按读的方式打开永远成功

• 如果当前打开操作是为写而打开FIFO时

  • O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO
  • O_NONBLOCK enable：立刻返回失败–意味着非阻塞模式下按写的方式打开永远失败，错误码为ENXIO

• mknod
  管道文件不能使用vi打开–vi不能打开看管道内容

一旦使用mkfifo创建了一个FIFO，就可以使用open打开它，常见的文件I/O函数都可用于fifo。如：close、read、write、unlink等。

命名管道的读写规则

同匿名管道

示例代码

• 写FIFO

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>

/*
利用管道，两个进程间进行文件复制。
fifow
读文件1.txt    
    写入管道
fifor   
    读管道
    写入2.txt文件
    */

int main(int argc, char *argv[])
{
  int infd;
  int outfd;
  char buf[1024];
    int n = 0;

    //建立管道文件
    mkfifo("fifop", 0644);


    //按只读方式 打开现有文件--文件作为输入
    infd = open("./1.txt", O_RDONLY);
    if (infd == -1)
    {
        printf("infd open() err..\n");
        exit(0);
    }


    //打开管道文件，准备写数据--FIFO管道作为输出
    //outfd = open("fifop", O_WRONLY | O_NONBLOCK);
    outfd = open("fifop", O_WRONLY ); //默认的阻塞模式下按只写方式打开会阻塞--直到有另一个进程按只读方式打开该FIFO
    if (outfd == -1)
    {
        printf("infd open() err..\n");
        exit(0);
    }


    //从文件中读数据写入管道文件
    while ( (n = read(infd, buf, sizeof(buf))) > 0)
    {
        write(outfd, buf, n);   
    }
    close (infd);
    close (outfd);

    printf("fifow 写管道文件 success\n");
    return 0;
}

• 读FIFO

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>



int main(int argc, char *argv[])
{   

  int infd;
    int outfd;
  char buf[1024];
    int n = 0;

  //打开2.txt 准备写数据--文件作为输出
    outfd = open("./2.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644); //O_TRUNC 打开文件清空
    if (outfd == -1)
    {
        printf("open()  2.txt err..\n");
        exit(0);
    }


    //打开管道文件，准备读数据--FIFO管道作为输入
    infd = open("fifop", O_RDONLY);//默认的阻塞模式下按只读方式打开会阻塞--直到有另一个进程按只写方式打开该FIFO
    if (infd == -1)
    {
        printf("open err ... \n");
        exit(0);
    }


    //从文件中读数据写入管道文件
    while ( (n = read(infd, buf, 1024)) > 0)
    {
        write(outfd, buf, n);   
    }

    close (infd);
    close (outfd);
    unlink("fifop");//删除FIFO--直到该进程结束才真正删除FIFO，参考Ulink的用法

    printf("fifor 读管道文件 success\n");
    return 0;
}

• 测试非阻塞模式下打开FIFO的规则

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>

//测试再FIFO存在的前提下，非阻塞模式下，按只写方式打开会失败
int main(int argc, char *argv[])
{
    //建立管道文件
    int outfd = 0;

  mkfifo("fifop", 0644);
  outfd = open("fifop", O_RDONLY | O_NONBLOCK);//非阻塞模式下按只读方式打开永远成功--返回描述符

    if (outfd != -1)
    {
    printf("outfd : %d\n",outfd);
        printf("infd open() O_RDONLY | O_NONBLOCK OK!!\n");
    }
    close(outfd);
    //打开管道文件，准备写数据
    outfd = open("fifop", O_WRONLY | O_NONBLOCK);//非阻塞模式下按只写方式打开会永远失败--返回-1
    if (outfd == -1)
    {
        printf("infd open() O_WRONLY | O_NONBLOCK err..\n");
        exit(0);
    }

    return 0;
}

• 常用来修改文件是否阻塞的函数模板

int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);

int flags = 0;
flags = fcntl(infd, F_GETFD);
flags = flags | O_NONBLOCK;

fcntl(infd, F_SETFD, flags);