Linux学习记录--命名管道通信

2022-11-17 21:42:53

命名管道通信

什么是命名管道

一个主要的限制是，它是匿名管道的应用还没有名字，因此，只有它可以用于进程间通信的方式与亲缘关系。在命名管道（named pipe或FIFO）提出后，该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。

这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，仅仅要可以訪问该路径，就行彼此通过FIFO相互通信

有名管道创建

int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

和普通文件创建一样pathname为文件名，mode为权限

有名管道通信规则

管道关闭规则

intclose (int __fd);

1．当最后一个读进程管道关闭时。写进程不管是堵塞还是非堵塞，都会将管道写满（假设能写满）并退出

2．当最后一个写进程管道关闭时，向管道写入一个结束标识，当读进程从管道读到这个结束标识时。假设是堵塞读进程将结束堵塞返回读入数据个数为0.（对于未堵塞读进程假设管道内没有数据则返回-1，假设读到结束标识则返回读入数据个数为0）

规则分析1

写进程：

#include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include<fcntl.h>

#include<limits.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<errno.h>

#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"

#define BUF_SIZE 80000

intmain(int argc,char *argv[])

{

	unlink(FIFO_NAME);

int pipe_fd;

int res;

char buf[BUF_SIZE];

memset(buf,3,BUF_SIZE);

if(access(FIFO_NAME,F_OK)==-1)

    {

        res=mkfifo(FIFO_NAME,0766);

if(res!=0)

        {

fprintf(stderr,"不能创建管道文件 %s\n",FIFO_NAME);

exit(1);

        }

    }

printf("进程PID %d 打开管道 O_WRONLY\n",getpid());

    pipe_fd=open(FIFO_NAME,O_WRONLY);

if(pipe_fd!=-1)

    {

        res=write(pipe_fd,buf,sizeof(buf));

printf("写入数据的大小是%d \n",res);

close(pipe_fd);

sleep(1000);

    }

else

exit(1);

exit(1);

}

读进程

#include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include<fcntl.h>

#include<limits.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"

#define BUF_SIZE 20

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

	char buf[BUF_SIZE];

	memset(buf, 0, BUF_SIZE);

	int pipe_fd;

	int res;

	int bytes_read = 0;

	printf("进程PID %d 打开管道 O_RDONLY\n", getpid());

	pipe_fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY);

	if (pipe_fd != -1) {

		bytes_read = read(pipe_fd, buf, sizeof(buf));

		printf("读入数据的大小是%d \n", bytes_read);

		sleep(10);

		close(pipe_fd);

	} else

		exit(1);

	exit(1);

}

控制台信息

读进程：

进程PID 10930打开管道 O_RDONLY

读入数据的大小是20

写进程：

进程PID 10918打开管道 O_WRONLY

（10S后输出…..）

写入数据的大小是65536

分析：当读进程运行到close(pipe_fd);时，写进程一次性将数据写满缓冲区（65536）并退出。

规则分析2

写进程

#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"

#define BUF_SIZE 80000

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

{

	unlink(FIFO_NAME);

int pipe_fd;

int res;

char buf[BUF_SIZE];

memset(buf,3,BUF_SIZE);

if(access(FIFO_NAME,F_OK)==-1)

    {

        res=mkfifo(FIFO_NAME,0766);

if(res!=0)

        {

fprintf(stderr,"不能创建管道文件 %s\n",FIFO_NAME);

exit(1);

        }

    }

printf("进程PID %d 打开管道 O_WRONLY\n",getpid());

    pipe_fd=open(FIFO_NAME,O_WRONLY);

if(pipe_fd!=-1)

    {

        res=write(pipe_fd,buf,sizeof(buf));

printf("写入数据的大小是%d \n",res);

sleep(10);

close(pipe_fd);

    }

else

exit(1);

exit(1);

}

 

读进程

#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"

#define BUF_SIZE 4000

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

	char buf[BUF_SIZE];

	memset(buf, 0, BUF_SIZE);

	int pipe_fd;

	int bytes_read = 0;

	printf("进程PID %d 打开管道 O_RDONLY\n", getpid());

	pipe_fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY);

	if (pipe_fd != -1) {

		do {

			bytes_read = read(pipe_fd, buf, sizeof(buf));

			printf("读入数据的大小是%d \n", bytes_read);

		} while (bytes_read != 0);

		close(pipe_fd);

	} else

		exit(1);

	exit(1);

}

控制台输出：

 

读进程

进程PID 12240打开管道 O_RDONLY

读入数据的大小是4000.

……

(10S后)

读入数据的大小是0

写进程

进程PID 12227打开管道 O_WRONLY

写入数据的大小是80000

分析：

假设读进程为堵塞的，当写进程关闭管道时。读进程收到写进程发来的结束符，读进程结束堵塞（此时bytes_read =0）

假设读进程为非堵塞的，首先将全部数据读取出来，然后在读进程未收到写进程发来的结束符时。由于管道没有数据读进程不会堵塞且返回-1，由于此例WHILE退出条件是bytes_read
=0。因此在未读到结束符之前返回值一直是-1，直到读取到结束符才返回0

管道写端规则

对于设置了堵塞标志的写操作：

1.      
当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。假设此时管道空暇缓冲区不足以容纳要写入的字节数。则进入睡眠。直到当缓冲区中可以容纳要写入的字节数时，才開始进行一次性写操作。

2.      
当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空暇区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操作在写全然部请求写的数据后返回。

对于没有设置堵塞标志的写操作：

3.      
当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

在写满全部FIFO空暇缓冲区后，写操作返回。

4.      
当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。

假设当前FIFO空暇缓冲区可以容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；假设当前FIFO空暇缓冲区不可以容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒以后再写

管道读端规则

对于设置了堵塞标志的写操作：

1.      
假设有进程写打开FIFO。且当前FIFO内没有数据，将一直堵塞。

 

对于没有设置堵塞标志的写操作：

2.      
假设有进程写打开FIFO，且当前FIFO内没有数据。则返回-1，当前errno值为EAGAIN，提醒以后再试。

管道读写规则代码举例

写进程

#include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include<fcntl.h>

#include<limits.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include <errno.h>

#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"

#define BUF_SIZE 88888

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

{

    int pipe_fd;

    int res;

    char buf[BUF_SIZE];

    memset(buf,3,BUF_SIZE);

    if(access(FIFO_NAME,F_OK)==-1)

    {

        res=mkfifo(FIFO_NAME,0766);

        if(res!=0)

        {

            fprintf(stderr,"不能创建管道文件 %s\n",FIFO_NAME);

            exit(1);

        }

    }

    printf("进程PID %d 打开管道 O_WRONLY\n",getpid());

    pipe_fd=open(FIFO_NAME,O_WRONLY|O_TRUNC);//1

   // pipe_fd=open(FIFO_NAME,O_WRONLY|O_TRUNC|O_NONBLOCK);//2

    if(pipe_fd!=-1)

    {

        res=write(pipe_fd,buf,sizeof(buf));

        printf("写入数据的长度是%d \n",res);

        close(pipe_fd);

    }

    else

        exit(1);

    exit(1);

}

读进程

#include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include<fcntl.h>

#include<limits.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"

#define BUF_SIZE 4000

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

	int res;

    if(access(FIFO_NAME,F_OK)==-1)

    {

        res=mkfifo(FIFO_NAME,0766);

        if(res!=0)

        {

            fprintf(stderr,"不能创建管道文件 %s\n",FIFO_NAME);

            exit(1);

        }

    }

	char buf[BUF_SIZE];

	memset(buf, 0, BUF_SIZE);

	int pipe_fd;

 int num=0;

	int bytes_read = 0;

	printf("进程PID %d 打开管道 O_RDONLY\n", getpid());

	pipe_fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY);//3

	//pipe_fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY|O_NONBLOCK);//4

	if (pipe_fd != -1) {

		do {

			num++;

			bytes_read = read(pipe_fd, buf, sizeof(buf));

			printf("第%d次读入数据，数据的长度是%d \n",num, bytes_read);

		} while (bytes_read != 0);

		close(pipe_fd);

	} else

		exit(1);

	exit(1);

}

上面两段代码各自是管道的读端进程与写端进程。当中有4个凝视行。分别代表

1.       pipe_fd=open(FIFO_NAME,O_WRONLY|O_TRUNC);//1堵塞写端

2.       pipe_fd= open (FIFO_NAME,O_WRONLY|O_TRUNC|O_NONBLOCK);//2非堵塞写端

3.       pipe_fd =open(FIFO_NAME, O_RDONLY);//3堵塞读端

4.       pipe_fd =open(FIFO_NAME, O_RDONLY|O_NONBLOCK);//4非堵塞读端

能够分下面3种情况分析：

说明：写端与读端不能同一时候都不堵塞

写端堵塞。读端不堵塞

控制台输出例如以下：

 

读端进程：

进程PID 5919打开管道 O_RDONLY

第1次读入数据。数据的长度是-1

…………..

第5次读入数据，数据的长度是4000

…………..

第26次读入数据，数据的长度是4000

第27次读入数据，数据的长度是888

第28次读入数据，数据的长度是0

写端进程：

进程PID 5906打开管道 O_WRONLY

写入数据的长度是88888

分析：读端满足读端规则2。前面因为写进程还未開始写入数据到管道因此返回-1

写端满足写端规则2

写端不堵塞，读端堵塞

运行流程：先运行读端程序，在运行写端

控制台输出例如以下：

 

读端进程：

进程PID 6046打开管道 O_RDONLY

第1次读入数据。数据的长度是4000

…………

第16次读入数据，数据的长度是4000

第17次读入数据，数据的长度是1536

第18次读入数据，数据的长度是0

 

写端进程：

进程PID 6056打开管道 O_WRONLY

写入数据的长度是65536

分析：读端满足读端规则1，读进程在为读取到管道数据时一直处于等待堵塞状态

写端满足写端规则3。写端写满管道后推出，因此写入数据长度是65535，而不是88888

写端堵塞，读端堵塞

控制台输出例如以下：

 

读端进程：

进程PID 8386打开管道 O_RDONLY

第1次读入数据。数据的长度是4000

…………

第22次读入数据。数据的长度是4000

第23次读入数据，数据的长度是888

第24次读入数据，数据的长度是0

 

写端进程：

进程PID 8373打开管道 O_WRONLY

写入数据的长度是88888

分析：读端满足读端规则1，读取处理用于读取数据已在管道等待堵塞状态

写满足最终写的 - 侧规则2

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