Linux C语言 39-进程间通信IPC之管道
本节关键字：C语言 进程间通信 管道 FIFO
相关库函数：pipe、mkfifo、mknod、write、read
什么是管道？
管道通常指“无名管道”，是Unix系统中最古老的IPC通信方式。
管道的分类
- 管道（无名管道）
- FIFO（命名管道）
管道的特点
管道（无名管道）
- 半双工，数据只能由连接的一端发送到另一端，并且读端和写端固定；
- 只能用于具有亲缘关系的进程通信，如父子进程、兄弟进程；
- 可以当成一种特殊的文件，不属于任何文件系统，只存在于内存中。读写使用read()和write等函数；
- 管道有互斥功能，同一时间只能有一个进程从管道读取数据。
FIFO（命名管道）
- FIFO是一种文件类型，有路径名，以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中；
- FIFO可以在无关的进程之间交换数据，这点与无名管道不同；
- 管道有互斥功能，同一时间只能有一个进程从管道读取数据。
管道相关库函数
管道（无名管道）
#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);
/**
@brief 创建管道，需要手动关闭管道，即手动关闭两个文件描述符
@param fd 承接管道创建时的两个文件描述符，fd[0]为读端描述符，fd[1]为写端描述符
@return 成功返回0，失败返回-1并设置错误码error
错误码error类型：
EFAULT pipefd无效
EINVAL （pipe2（））标志中的值无效
EMFILE 进程正在使用的文件描述符过多
ENFILE 打开文件总数已达到系统限制
*/
管道使用例程
// 管道使用例程：创建管道和进程，子进程读管道，父进程写管道
#include <sys/wait.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int pipefd[2];
pid_t cpid;
char buf;
assert(argc == 2); // 断言：有一个命令行参数，argv[1]将被写入管道
if (pipe(pipefd) == -1)
{
perror("pipe");
exit(EXIT_FAILURE);
}
cpid = fork();
if (cpid == -1)
{
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (cpid == 0) // 子进程：关闭写文件描述符，读管道
{
close(pipefd[1]);
while (read(pipefd[0], &buf, 1) > 0)
write(STDOUT_FILENO, &buf, 1);
write(STDOUT_FILENO, "\n", 1);
close(pipefd[0]);
_exit(EXIT_SUCCESS);
}
else // 父进程：关闭读文件描述符，写管道，将命令行参数argv[1]写入管道
{
close(pipefd[0]);
write(pipefd[1], argv[1], strlen(argv[1]));
close(pipefd[1]); // 读端将收到EOF
wait(NULL); // 等待子进程退出
exit(EXIT_SUCCESS);
}
return 0;
}
FIFO（命名管道）
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
/**
@brief 创建FIFO管道，需要手动关闭管道，即手动关闭文件描述符。FIFO特殊文件不是匿名通信通道，而是通过调用mkfifo()输入到文件系统中
@param pathname FIFO的路径名，文件真实存在
@param mode 创建FIFO文件的权限，创建的文件的权限为（mode&~umask）
@return 成功返回0，失败返回-1并设置错误码error
错误码error分类：
EACCES 路径名中的一个目录没有搜索（执行）权限
EEXIST 路径名已存在。这包括路径名是符号链接的情况，无论是否悬空
ENAMETOOLONG 路径名的总长度大于PATH_MAX，或者单个文件名组件的长度大于NAME_MAX。在GNU系统中，对文件名的总长度没有强制限制，但一些文件系统可能会对组件的长度进行限制
ENOENT 路径名中的目录组件不存在，或者是悬挂的符号链接
ENOSPC 目录或文件系统没有空间容纳新文件
ENOTDIR 在路径名中用作目录的组件实际上不是目录
EROFS 路径名是指只读文件系统
Trip：一旦你以这种方式创建了一个FIFO特殊文件，任何进程都可以像普通文件一样打开它进行读取或写入。然而，在您可以继续对其进行任何输入或输出操作之前，它必须同时在两端打开。打开FIFO以正常读取块，直到其他进程打开相同的FIFO进行写入，反之亦然。有关fifo特殊文件的非阻塞处理，请参见fifo（7）。
*/
FIFO使用例程
FIFO使用例程：创建FIFO，多个个服务端读，多个个客户端写，验证管道的互斥功能
FIFO使用服务端例程
// FIFO使用例程 服务端，循环读取管道中的信息，直到管道的所有写端关闭
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
int main(void)
{
char pathname[] = "./myfifo";
int ret, fd;
char buffer[1024];
umask(0);
ret = mkfifo(pathname, 0666); // mode附加读写权限
fd = open(pathname, O_RDONLY); // 服务端只读打开FIFO文件
if (fd < 0)
return -1;
for ( ; ; )
{
bzero(buffer, 0);
ret = read(fd, buffer, sizeof(buffer)-1);
if (ret > 0)
{
printf("server recv: %s\n", buffer);
fflush(stdout);
}
else if (ret == 0)
{
printf("server: client quit\n");
break;
}
else
{
perror("server failed to read myfifo\n");
break;
}
}
close(fd);
return 0;
}
FIFO使用客户端例程
// FIFO使用例程：客户端，将用户输入的信息写入管道，循环执行6次退出
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
int main(void)
{
char pathname[] = "./myfifo";
int ret, fd, cnt;
char buffer[1024];
fd = open(pathname, O_WRONLY); // 客户端只写开打FIFO文件
if (fd < 0)
return -1;
do
{
printf("please input message: ");
fflush(stdout);
bzero(buffer, 0);
ret = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer)-1);
if (ret <= 0)
{
perror("read");
}
else
{
write(fd, buffer, ret);
}
} while (++cnt <= 5);
close(fd);
return 0;
}
运行结果
/// 从两个服务端的运行结果可知，管道有互斥功能，同一时刻只有一个进程可以从管道读取数据
// 服务端1：
$ ./fifoserver
server recv: client1: 1
server recv: client2: 1
server recv: client1: 2
server recv: client1: 3
server recv: client1: 5
server recv: client2: 4
server recv: client2: 6
server: client quit
// 服务端2：
$ ./fifoserver
server recv: client1: 4
server recv: client1: 6
server recv: client2: 2
server recv: client2: 3
server recv: client2: 5
server: client quit
// 客户端1：
$ ./fifoclient
please input message: client1: 1
please input message: client1: 2
please input message: client1: 3
please input message: client1: 4
please input message: client1: 5
please input message: client1: 6
// 客户端2：
$ ./fifoclient
please input message: client2: 1
please input message: client2: 2
please input message: client2: 3
please input message: client2: 4
please input message: client2: 5
please input message: client2: 6
启动server后使用ll命令查看目录文件信息，可以看到已经创建了myfifo文件
