Linux进程通信管道

开源519

发布于 2021-03-15 15:06:08

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简介

管道是Unix系统IPC的最古老形式，所有Unix系统都提供这种形式。管道有以下两种局限性：

（1）历史上，通信方式为半双工。现在某些系统提供全双工管道。

（2）管道只能在具有公共祖先的两个进程之间使用。通常，一个管道由一个进程创建，在进程调用fork后，这个管道就能在父进程和子进程之间使用了。（FIFO无此局限）。 --《Unix环境高级编程》

通俗理解： Linux的管道通信，通讯方式正如其名一样，如同一个大管道，一端流入，一端流出。半双工通信方式，即只能一端流入另一端流出；全双工通信方式，即一端可以流入也可以流出。

PIPE

PIPE是一种半双工管道，其中，fd[1]用来向管道写入数据，fd[0]用来从管道读出数据。若两个进程需要利用PIPE通信，就要保证一个进程使用fd[0]，另一个进程使用fd[1]。

Code：

//参考Linux man手册
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
   int pipe_fd[2];
   pid_t child_id;
   char buf;

   if (argc != 2) {
       fprintf(stderr, "Usage: %s <string>\n", argv[0]);
       exit(EXIT_FAILURE);
   }

   if (pipe(pipe_fd) == -1) {
       perror("pipe");
       exit(EXIT_FAILURE);
   }

   child_id = fork();
   if (child_id == -1) {
       perror("fork");
       exit(EXIT_FAILURE);
   }

   if (child_id == 0) {            /* Child reads from pipe */
       close(pipe_fd[1]);          /* Close unused write end */

       while (read(pipe_fd[0], &buf, 1) > 0)
           write(STDOUT_FILENO, &buf, 1); /*Print to terminal*/

       write(STDOUT_FILENO, "\n", 1);
       close(pipe_fd[0]);
       _exit(EXIT_SUCCESS);

   } else {                          /* Parent writes argv[1] to pipe */
       close(pipe_fd[0]);          /* Close unused read end */
       write(pipe_fd[1], argv[1], strlen(argv[1]));
       close(pipe_fd[1]);          /* Reader will see EOF */
       wait(NULL);                /* Wait for child */
       exit(EXIT_SUCCESS);
   }
}

测试：

./pipe HelloWorld
HelloWorld

小结: 参考man中pipe的使用代码，大致了解pipe使用方法。即在父进程向管道写入终端输入的 “HelloWorld”，然后在子进程读取管道数据，并在终端输出。在父子进程共享区，初始化pipe_fd后，即规定pipe_fd[0]为读取端，pipe_fd[1]为写入端。故pipe_fd必须在进程共享区初始化，也就能理解pipe存在开篇中第二个局限性的原因了。

FIFO

FIFO有时也会被称为命名管道，未命名的管道（PIPE）只能在两个相关的进程间使用，而且这个两个进程还要有共同的创建了它们的祖先进程。但是，通过FIFO，不相关的进程也能进行数据交换。

FIFO的使用方法与读写文件类似。先创建FIFO文件，再获取FIFO文件的句柄，然后open、write、read、close。

Code： fifo写端口代码实现：

//fifo_write.cpp
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <iostream>

#define BUFF_SIZE 1024

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0, fd = 0;
    char buff[1024] = {0};

    if (argc < 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <string>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ret = access(argv[1], F_OK);
    if (ret == -1) {
        ret = mkfifo(argv[1], 0664);
        if (ret == 0) {
            fprintf(stdout, "Create fifo named %s success.\n", argv[1]);
        } else {
            fprintf(stderr, "Create fifo named %s failed!\n", argv[1]);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    fd =open(argv[1], O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        fprintf(stderr, "Open fifo failed!\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while(1) {
        memset(buff, 0, BUFF_SIZE);
        fprintf(stdout, "input: ");
        fgets(buff, BUFF_SIZE, stdin);

        write(fd, buff, sizeof(buff));

        if (strncmp("end", buff, strlen(buff)-1) == 0) {
            close(fd);
            
            break;
        }
    }

    return 0;
}

fifo读端口代码实现：

//fifo_read.cpp
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <iostream>

#define BUFF_SIZE 1024

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0, fd = 0;
    char buff[BUFF_SIZE] = {0};

    if (argc < 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <string>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ret = access(argv[1], F_OK);
    if (ret == -1) {
        ret = mkfifo(argv[1], 0664);
        if (ret == 0) {
            fprintf(stdout, "Create fifo named %s success.\n", argv[1]);
        } else {
            fprintf(stderr, "Create fifo named %s failed!\n", argv[1]);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    fd =open(argv[1], O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        fprintf(stderr, "Open fifo failed!\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while(1) {
        memset(buff, 0, BUFF_SIZE);
        read(fd, buff, sizeof(buff));

        if (strncmp("end", buff, strlen(buff)-1) == 0) {
            close(fd);
            break;
        }

        fprintf(stdout, "%s", buff);
    }

    return 0;
}

当open一个FIFO时，非阻塞（O_NONBLOCK）会产生下列影响： (1) 一般情况下(未指定O_NONBLOCK)，只读open要阻塞到某个进程为写而打开这个FIFO为止。类似的，只写open要阻塞到某个进程为读而打开这个FIFO为止。（2）若指定O_NONBLOCK，则只读open立即返回。但是，若没有进程为读而打开这个FIFO，那么只写open则会返回为-1，将effno设置为ENXIO。
在调用mkfifo时，会创建一个fifo文件。其中第一个参数可为绝对路径或者相对路径。

测试

总结

对比以上两种管道的方式，可得出PIPE与FIFO的大致差异。

工作方式。PIPE可称为“匿名管道”，无需命名，在具有亲属关系的进程中使用；FIFO又可称为“有名管道”，在使用过程中，其会在系统中创建FIFO类型文件，从而可通过此文件进行不相关进程间的通信。
通信方式。PIPE为半双工通信，即在一次通讯中，数据只能在一个方向上流动。FIFO为全双工通信，在一次通讯中，两端可以同时收发数据。

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原始发表：2021-03-01，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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