linux 进程间通信-有名管道(FIFO),linuxfifo
linux 进程间通信-有名管道(FIFO),linuxfifo
有名管道(FIFO)
命名管道也被称为FIFO文件,是一种特殊的文件。由于linux所有的事物都可以被视为文件,所以对命名管道的使用也就变得与文件操作非常统一。
(1)创建命名管道
用如下两个函数中的其中一个,可以创建命名管道。
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int mkfifo(const char *filename, mode_t mode); int mknod(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t)0);
filname是指文件名,而mode是指定文件的读写权限。mknod是比较老的函数,而使用mkfifo函数更加简单和规范,所以建议用mkfifo。
open(const char *path, O_RDONLY);//1 open(const char *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);//2 open(const char *path, O_WRONLY);//3 open(const char *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK);//4
(2)打开命名管道
和打开其他文件一样,可以用open来打开。通常有四种方法:
有两点要注意:
1、就是程序不能以O_RDWR(读写)模式打开FIFO文件进行读写操作,而其行为也未明确定义,因为如一个管道以读/写方式打开,进程就会读回自己的输出,同时我们通常使用FIFO只是为了单向的数据传递。
2、就是传递给open调用的是FIFO的路径名,而不是正常的文件。(如:const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo"; )
3、第二个参数中的选项O_NONBLOCK,选项O_NONBLOCK表示非阻塞,加上这个选项后,表示open调用是非阻塞的,如果没有这个选项,则表示open调用是阻塞的。
(3)阻塞问题
对于以只读方式(O_RDONLY)打开的FIFO文件,如果open调用是阻塞的(即第二个参数为O_RDONLY),除非有一个进程以写方式打开同一个FIFO,否则它不会返回;如果open调用是非阻塞的的(即第二个参数为O_RDONLY | O_NONBLOCK),则即使没有其他进程以写方式打开同一个FIFO文件,open调用将成功并立即返回。
对于以只写方式(O_WRONLY)打开的FIFO文件,如果open调用是阻塞的(即第二个参数为O_WRONLY),open调用将被阻塞,直到有一个进程以只读方式打开同一个FIFO文件为止;如果open调用是非阻塞的(即第二个参数为O_WRONLY | O_NONBLOCK),open总会立即返回,但如果没有其他进程以只读方式打开同一个FIFO文件,open调用将返回-1,并且FIFO也不会被打开。
(4)使用FIFO实现进程间的通信
管道的写入端从一个文件读出数据,然后写入写管道。管道的读取端从管道读出后写到文件中。
写入端代码:fifowrite.c
#include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <limits.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdio.h> #include <string.h> int main() { const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo"; int pipe_fd = -1; int data_fd = -1; int res = 0; const int open_mode = O_WRONLY; int bytes_sent = 0; char buffer[PIPE_BUF + 1]; int bytes_read = 0; if(access(fifo_name, F_OK) == -1) { printf ("Create the fifo pipe.\n"); res = mkfifo(fifo_name, 0777); if(res != 0) { fprintf(stderr, "Could not create fifo %s\n", fifo_name); exit(EXIT_FAILURE); } } printf("Process %d opening FIFO O_WRONLY\n", getpid()); pipe_fd = open(fifo_name, open_mode); printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd); if(pipe_fd != -1) { bytes_read = 0; data_fd = open("Data.txt", O_RDONLY); if (data_fd == -1) { close(pipe_fd); fprintf (stderr, "Open file[Data.txt] failed\n"); return -1; } bytes_read = read(data_fd, buffer, PIPE_BUF); buffer[bytes_read] = '\0'; while(bytes_read > 0) { res = write(pipe_fd, buffer, bytes_read); if(res == -1) { fprintf(stderr, "Write error on pipe\n"); exit(EXIT_FAILURE); } bytes_sent += res; bytes_read = read(data_fd, buffer, PIPE_BUF); buffer[bytes_read] = '\0'; } close(pipe_fd); close(data_fd); } else exit(EXIT_FAILURE); printf("Process %d finished\n", getpid()); exit(EXIT_SUCCESS); }
管道读取端: fiforead.c
#include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <limits.h> #include <string.h> int main() { const char *fifo_name = "/tmp/my_fifo"; int pipe_fd = -1; int data_fd = -1; int res = 0; int open_mode = O_RDONLY; char buffer[PIPE_BUF + 1]; int bytes_read = 0; int bytes_write = 0; memset(buffer, '\0', sizeof(buffer)); printf("Process %d opening FIFO O_RDONLY\n", getpid()); pipe_fd = open(fifo_name, open_mode); data_fd = open("DataFormFIFO.txt", O_WRONLY|O_CREAT, 0644); if (data_fd == -1) { fprintf(stderr, "Open file[DataFormFIFO.txt] failed\n"); close(pipe_fd); return -1; } printf("Process %d result %d\n",getpid(), pipe_fd); if(pipe_fd != -1) { do { res = read(pipe_fd, buffer, PIPE_BUF); bytes_write = write(data_fd, buffer, res); bytes_read += res; }while(res > 0); close(pipe_fd); close(data_fd); } else exit(EXIT_FAILURE); printf("Process %d finished, %d bytes read\n", getpid(), bytes_read); exit(EXIT_SUCCESS); }
(5)命名管道的安全问题
有一种情况是:一个FIFO文件,有多个进程同时向同一个FIFO文件写数据,而只有一个读FIFO进程在同一个FIFO文件中读取数据时,会发生数据块的相互交错。不同进程向一个FIFO读进程发送数据是很普通的情况。这个问题的解决方法,就是让写操作的原子化。系统规定:在一个以O_WRONLY(即阻塞方式)打开的FIFO中, 如果写入的数据长度小于等待PIPE_BUF,那么或者写入全部字节,或者一个字节都不写入。如果所有的写请求都是发往一个阻塞的FIFO的,并且每个写记请求的数据长度小于等于PIPE_BUF字节,系统就可以确保数据决不会交错在一起。
这里的问题很多,最主要问题是用文件的话,慢的跟蜗牛一样,文件相当于把数据存到硬盘,另一个程序再从硬盘取数据,计算机的很多精巧设计就是为了一个快字
管道(pipe) 管道是Linux支持的最初IPC方式,管道可分为无名管道,有名管道等。 (一)无名管道,它具有几个特点: 1) 管道是半双工的,只能支持数据的单向流动;两进程间需要通信时需要建立起两个管道; 2) 无名管道使用pipe()函数创建,只能用于父子进程或者兄弟进程之间; 3) 管道对于通信的两端进程而言,实质上是一种独立的文件,只存在于内存中; 4) 数据的读写操作:一个进程向管道中写数据,所写的数据添加在管道缓冲区的尾部;另一个进程在管道中缓冲区的头部读数据。 (二)有名管道 有名管道也是半双工的,不过它允许没有亲缘关系的进程间进行通信。具体点说就是,有名管道提供了一个路径名与之进行关联,以FIFO(先进先出)的形式存在于文件系统中。这样即使是不相干的进程也可以通过FIFO相互通信,只要他们能访问已经提供的路径。 值得注意的是,只有在管道有读端时,往管道中写数据才有意义。否则,向管道写数据的进程会接收到内核发出来的SIGPIPE信号;应用程序可以自定义该信号处理函数,或者直接忽略该信号。 二。信号量(semophore) 信号量是一种计数器,可以控制进程间多个线程或者多个进程对资源的同步访问,它常实现为一种锁机制。实质上,信号量是一个被保护的变量,并且只能通过初始化和两个标准的原子操作(P/V)来访问。(P,V操作也常称为wait(s),signal(s)) 三。信号(Signal) 信号是Unix系统中使用的最古老的进程间通信的方法之一。操作系统通过信号来通知某一进程发生了某一种预定好的事件;接收到信号的进程可以选择不同的方式处理该信号,一是可以采用默认处理机制-进程中断或退出,一是忽略该信号,还有就是自定义该信号的处理函数,执行相应的动作。 内核为进程生产信号,来响应不同的事件,这些事件就是信号源。信号源可以是:异常,其他进程,终端的中断(Ctrl-C,Ctrl+\等),作业的控制(前台,后台进程的管理等),分配额问题(cpu超时或文件过大等),内核通知(例如I/O就绪等),报警(计时器)。 四。消息队列(Message Queue) 消息队列就是消息的一个链表,它允许一个或者多个进程向它写消息,一个或多个进程向它读消息。Linux维护了一个消息队列向量表:msgque,来表示系统中所有的消息队列。 消息队列克服了信号传递信息少,管道只能支持无格式字节流和缓冲区受限的缺点。 五。共享内存(shared memory) 共享内存映射为一段可以被其他进程访问的内存。该共享内存由一个进程所创建,然后其他进程可以挂载到该共享内存中。共享内存是最快的IPC机制,但由于linux本身不能实现对其同步控制,需要用户程序进行并发访问控制,因此它一般结合了其他通信机制实现了进程间的通信,例如信号量。 五。套接字(socket) socket也是一种进程间的通信机制,不过它与其他通信方式主要的区别是:它可以实现不同主机间的进程通信。
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