进程间通信笔记（2）—管道和FIFO

╰+攻爆jí腚メ 2022-07-17 02:45 185阅读 0赞

## **1.概述** ##

管道（pipe）：局限在于没有名字，只能用于亲缘关系的进程使用。  
FIFO：称为有名管道（named pipe）

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## **2.客户-服务器例子** ##

跟套接字编程的套路类似，客户-服务器回射程序：

![这里写图片描述][20160828115932708]

这里客户从标准输入（stdin）读入一个路径名，并把它写入IPC通道。服务器打开文件，读出其中内容，并写入IPC通道作为对客户的响应；客户将服务器回射来的内容打印即写到标准输出（stdout）。

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## **3.管道** ##

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

`pipe`函数创建管道，并提供单向的数据流（不是全双工哦，如果需要双向数据流则需要创建两个管道），该函数返回两个文件描述符：`fd[0]`和`fd[1]`。前者用来读，后者用来写。  
管道的典型应用是用于**父子进程的通信，**父进程创建一个管道后调用fork派生出自己的副本，接着父进程关闭管道的读出端，子进程关闭写入端。这样父子进程间就有了一个单向的数据流，如下示意：

![这里写图片描述][20160828120005177]

另外，在shell中使用“|”作为管道命令符，例如：

cat /etc/issue | grep Ubuntu

在两个进程之间创建了一个管道，通过管道，前一个进程的标准输出传递给下一个进程作为标准输入。

### **3.1示例** ###

下面实现一个经典的管道示例，父进程和子进程之间完成通信，在主程序中创建两个管道，用于双向通信。父进程为客户，子进程为服务器，第一个管道用于客户向服务器发送路径名，第二个管道用于服务器向客户发送该文件内容：

![这里写图片描述][20160828120030068]

### **3.2代码** ###

通过创建两个管道实现全双工的通信：父进程从标准输入读入文件的路径名并写入管道，子进程从管道中读出文件名并打开文件，读出文件中的内容写入管道，父进程从管道中接收文件中的内容并写入到标准输出。  
为了方便学习，也是把书中的代码解包裹。。。

#include <stdio.h>
    #include <errno.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    void server(int ,int);
    void client(int ,int);
    const int MAXLINE = 1024;
    
    int main(int argc,char ** argv)
    {
        int pipe1[2];
        int pipe2[2];
        pid_t childpid;
        //创建两个管道
        if(pipe(pipe1)<0)
            printf("pipe1 error\r\n");
        if(pipe(pipe2)<0)
            printf("pipe2 error\r\n");
    
        if((childpid = fork())==0) //子进程
        {
            close(pipe1[1]);//关闭写
            close(pipe2[0]);//关闭读
            server(pipe1[0],pipe2[1]);
            return 0;
        }
        //父进程
        close(pipe1[0]);//关闭读
        close(pipe2[1]);//关闭写
        client(pipe2[0],pipe1[1]);
        wait(NULL);
        return 0;
    }
    
    
    void client(int readfd,int writefd)
    {
        size_t len;
        ssize_t n;
        char buff[MAXLINE];
        //读入路径名
        if(fgets(buff,MAXLINE,stdin)==NULL)
        {
            printf("fgets error\r\n");
            return ;
        }
        len=strlen(buff);
        if(buff[len-1]=='\n')
            len--;
        //路径名写入管道
        if(write(writefd,buff,len)<0)
        {
            printf("write error\r\n");
            return ;
        }
        //接收文件中数据，写入到标准输出
        while((n=read(readfd,buff,MAXLINE))>0)
            write(STDOUT_FILENO,buff,n);//STDOUT_FILENO 1 // STDOUT_FILENO=fileno(stdout);
    }
    
    void server(int readfd,int writefd)
    {
        int fd;
        ssize_t n;
        char buff[MAXLINE];
        if((n=read(readfd,buff,MAXLINE))<=0)
        {
            printf("read error\r\n");
            return ;
        }
        buff[n]='\0';
        fd=open(buff,O_RDONLY);
        if(fd < 0)
        {
            snprintf(buff+n,sizeof(buff)-n,": can't open, %s\r\n",strerror(errno));
            n=strlen(buff);
            write(writefd,buff,n);
        }//open error 错误信息返回
        else
        {
            //从文件中读入数据并写入管道
            while((n=read(fd,buff,MAXLINE))>0)
            {
                write(writefd,buff,n);
            }
            close(fd);
        }
    }

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## **4.FIFO** ##

FIFO类似于管道，它是一个单向数据流，不同的是，FIFO有一个路径名与之关联，从而允许无亲缘关系的进程访问同一个FIFO，FIFO也被称为有名管道（named pipe），使用`mkfifo`函数可以创建。

#include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    int mkfifo(const char * pathname,mode_t mode);
    //成功返回0 出错返回-1

不仅仅是函数，我们可以在shell下使用mkfifo创建有名管道。  
例如：

xxx@xxx: mkfifo mypipe
    xxx@xxx: echo helloworld > mypipe

在另一终端：

xxx@xxx: read line < mypipe
    xxx@xxx: echo $line

使用fifo让两个无亲缘关系的进程进行通信，由于每个fifo有一个路径名与之关联，因此创建fifo后，需要使用I/O函数打开读或者打开写。

**NOTE：fifo不能打开来既读又写，因为它是半双工的。也就是说O\_RDWR这种打开模式将是未定义的**

### **示例代码** ###

在使用`mkfifo`函数的时候，需要注意一些问题：

> 1.mkfifo是隐含O\_CREAT | O\_EXCL也就是说，该函数要么创建一个FIFO（成功），要么返回一个EEXIST错误（失败，该FIFO已经存在），对于后者来说，它并不妨碍我们继续使用这个已经存在FIFO进行通信。
> 
> 2.关于创建的FIFO（所关联的那个文件），需要说明读写权限，书中给了一个默认权限：允许用户读写、组内成员和其他用户读，使用掩码的方式包括起来就是：`S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH`

下面就可以实现一个简单的生产者消费者了，简单起见，就只创建一个FIFO完成半双工的通信了。

#### **生产者** ####

//fifowrite.c
    
    #include <stdio.h>
    #include <errno.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    int main(int argc,char** argv)
    {
        const char * const PATHNAME = "/home/zhangxiao/zxtest/pipe/myfifo";//关联的路径名
        const char * const BUFF = "Fifo Write Test.\r\n";
        int fd;
        if( (mkfifo(PATHNAME,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH)<0) && (errno != EEXIST) ) 
        {
            printf("can't create %s\r\n",PATHNAME);
            return -1;
        }
    
        fd = open(PATHNAME,O_WRONLY, 0);
        write(fd,BUFF,strlen(BUFF));
        return 0;
    }

#### **消费者** ####

//fiforead.c
    
    #include <stdio.h>
    #include <errno.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    
    int main(int argc,char** argv)
    {
        const int MAXLEN=1024;
        const char * const PATHNAME = "/home/zhangxiao/zxtest/pipe/myfifo";//关联的路径名
        ssize_t n;
        int fd;
        char readbuff[MAXLEN];
        memset(readbuff,0x00,sizeof(readbuff));//初始化
        if( (mkfifo(PATHNAME,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH)<0) && (errno != EEXIST) ) 
        {
            printf("can't create %s\r\n",PATHNAME);
            return -1;
        }
    
    
        fd = open(PATHNAME,O_RDONLY, 0);
    
        while( (n = read(fd,readbuff,sizeof(readbuff)))>0 )
        {
            write(STDOUT_FILENO,readbuff,n);//标准输出
        }
        return 0;
    }

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## **5.参考** ##

1.《UNP卷2》  
2.[http://stackoverflow.com/questions/25900873/write-and-read-from-a-fifo-from-two-different-script][http_stackoverflow.com_questions_25900873_write-and-read-from-a-fifo-from-two-different-script]

[20160828115932708]: /images/20220717/46aa44c275e4430ab7e16590874d85f8.png
[20160828120005177]: /images/20220717/d0e7edba0ac44b2daa315da364c229f6.png
[20160828120030068]: /images/20220717/690c9704f04b4a17b4ab037b37f17fe0.png
[http_stackoverflow.com_questions_25900873_write-and-read-from-a-fifo-from-two-different-script]: http://stackoverflow.com/questions/25900873/write-and-read-from-a-fifo-from-two-different-script