Linux中管道、命名管道

管道

概念

管道(pipe)又称无名管道。
无名管道是一种特殊类型的文件,在应用层体现为两个打开的文件描述符。
Linux中管道、命名管道

特点

*管道是最古老的UNIX IPC方式,其特点是:
1、半双工,数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
2、数据只能从管道的一端写入,从另一端读出。
3、写入管道中的数据遵循先入先出的规则。
4、管道所传送的数据是无格式的,这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式,
如多少字节算一个消息等。
5、管道不是普通的文件,不属于某个文件系统,其只存在于内存中。
6、管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
7、从管道读数据是一次性操作,数据一旦被读走,它就从管道中被抛弃,释放空间以便写更多的数据。
8、管道没有名字,只能在具有公共祖先的进程之间使用。
#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);
功能:经由参数filedes返回两个文件描述符
参数:
	filedes为int型数组的首地址,其存放了管道的文件描述符fd[0]、fd[1]。
	filedes[0]为读而打开,filedes[1]为写而打开管道,
	filedes[0]的输出是filedes[1]的输入。
返回值:
	成功:返回 0
	失败:返回-1
例:01_pipe_1.c

Linux中管道、命名管道
父子进程通过管道实现数据的传输Linux中管道、命名管道

从管道中读数据的特点

1、默认用read函数从管道中读数据是阻塞的。
2、调用write函数向管道里写数据,当缓冲区已满时write也会阻塞。
3、通信过程中,读端口全部关闭后,写进程向管道内写数据时,写进程会(收到SIGPIPE信号)退出。

编程时可通过fcntl函数设置文件的阻塞特性
设置为阻塞:
	fcntl(fd, F_SETFL, 0);
设置为非阻塞:
	fcntl(fd, F_SETFL,O_NONBLOCK);

例:01_pipe_2.cLinux中管道、命名管道

文件描述符概述
》文件描述符是非负整数,是文件的标识。
》用户使用文件描述符(filedescriptor)来访问文件。
》利用open打开一个文件时,内核会返回一个文件描述符。
每个进程都有一张文件描述符的表,进程刚被创建时,标准输入、标准输出、
标准错误输出设备文件被打开,对应的文件描述符0、1、2 记录在表中。
在进程中打开其他文件时,系统会返回文件描述符表中最小可用的文件描述符,
并将此文件描述符记录在表中。
注意:
Linux中一个进程最多只能打开NR_OPEN_DEFAULT(即1024)个文件,
故当文件不再使用时应及时调用close函数关闭文件。
文件描述符的复制
dup和dup2是两个非常有用的系统调用,都是用来复制一个文件的描述符,
使新的文件描述符也标识旧的文件描述符所标识的文件。
》 int dup(int oldfd);
》 int dup2(int oldfd, int newfd);
》 dup和dup2经常用来重定向进程的
stdin、stdout和stderr。

dup函数

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
功能:
	复制oldfd文件描述符,并分配一个新的文件描述符,新的文件描述符是调用
	进程文件描述符表中最小可用的文件描述符。
参数:
	要复制的文件描述符oldfd。
返回值:
	成功:新文件描述符。
	失败:返回-1,错误代码存于errno中。

例:02_dup.cLinux中管道、命名管道

dup2函数

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd)
功能:
	复制一份打开的文件描述符oldfd,并分配新的文件描述符
	newfd,newfd也标识oldfd所标识的文件。
注意:
	newfd是小于文件描述符最大允许值的非负整数,如果newfd
	是一个已经打开的文件描述符,则首先关闭该文件,然后再复制。
参数:
	要复制的文件描述符oldfd
	分配的新的文件描述符newfd
返回值:
	成功:返回newfd
	失败:返回-1,错误代码存于errno中

例:02_dup2_1.cLinux中管道、命名管道
复制文件描述符后新旧文件描述符的特点
使用dup或dup2复制文件描述符后,新文件描述符和旧文件描述符指向同一个文件,共享文件锁定、读写位置和各项权限。
当关闭新的文件描述符时,通过旧文件描述符仍可操作文件。
当关闭旧的文件描述时,通过新的文件描述符仍可可操作文件。
exec前后文件描述符的特点
设置close_on_exec标志位的方法:
int flags;
flags = fcntl(fd, F_GETFD);//获得标志
flags |= FD_CLOEXEC; //打开标志位
flags &= ~FD_CLOEXEC; //关闭标志位
fcntl(fd, F_SETFD, flags);//设置标志

命名管道

命名管道(FIFO)和管道(pipe)基本相同,但也有一些显著的不同,其特点是:
1、半双工,数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
2、写入FIFO中的数据遵循先入先出的规则。
3、FIFO所传送的数据是无格式的,这要求FIFO的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式,如多少字节算一个消息等。
4、FIFO在文件系统中作为一个特殊的文件而存在,但pipe中的内容却存放在内存中。
5、管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
6、从FIFO读数据是一次性操作,数据一旦被读,它就从FIFO中被抛弃,释放空间以便写更多的数据。
7、当使用FIFO的进程退出后,FIFO文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
8、FIFO有名字,不相关的进程可以通过打开命名管道进行通信。

FIFO文件的创建

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo( const char *pathname, mode_t mode);
参数:
	pathname:FIFO的路径名+文件名。
	mode:mode_t类型的权限描述符。
返回值:
	成功:返回 0
	失败:如果文件已经存在,则会出错且返回-1。
操作FIFO文件时的特点

系统调用的I/O函数都可以作用于FIFO,如open、close、read、write等。
打开FIFO时,非阻塞标志(O_NONBLOCK)产生下列影响:
特点一
不指定O_NONBLOCK(即open没有位或O_NONBLOCK)
1、open以只读方式打开FIFO时,要阻塞到某个进程为写而打开此FIFO
2、open以只写方式打开FIFO时,要阻塞到某个进程为读而打开此FIFO 。
例:04_fifo_read_1.c 04_fifo_write_1.cLinux中管道、命名管道Linux中管道、命名管道
3、open以可读可写方式打开FIFO时不会阻塞,调用read函数从FIFO里读数据时read也会阻塞。
例:04_fifo_read_2.c 04_fifo_write_2.cLinux中管道、命名管道Linux中管道、命名管道
4、通信过程中若写进程先退出了,则调用read函数从FIFO里读数据时不阻塞;若写进程又重新运行,则调用read函数从FIFO里读数据时又恢复阻塞。
例:04_fifo_read_3.c 04_fifo_write_3.cLinux中管道、命名管道Linux中管道、命名管道
5、通信过程中,读进程退出后,写进程向命名管道内写数据时,写进程也会(收到SIGPIPE信号)退出。
例:04_fifo_read_4.c 04_fifo_write_4.cLinux中管道、命名管道Linux中管道、命名管道
6、调用write函数向FIFO里写数据,当缓冲区已满时write也会阻塞。
特点二
指定O_NONBLOCK(即open位或O_NONBLOCK)
1、先以只读方式打开:如果没有进程已经为写而打开一个FIFO, 只读open成功,并且open不阻塞。
2、先以只写方式打开:如果没有进程已经为读而打开一个FIFO,只写open将出错返回-1。
3、read、write读写命名管道中读数据时不阻塞。
4、通信过程中,读进程退出后,写进程向命名管道内写数据时,写进程也会(收到SIGPIPE信号)退出。
例:04_fifo_read_5.c 04_fifo_write_5.cLinux中管道、命名管道Linux中管道、命名管道
注意
open函数以可读可写方式打开FIFO文件时的特点:
1、open不阻塞。
2、调用read函数从FIFO里读数据时read会阻塞。
3、调用write函数向FIFO里写数据,当缓冲区已满时write也会阻塞。

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