linux fifo 非阻塞

Linux FIFO（命名管道）非阻塞基础概念

FIFO（First In, First Out）是一种特殊的文件类型，用于进程间的通信。它允许一个进程向另一个进程发送数据，而不需要使用临时文件或共享内存。在Linux系统中，FIFO通常通过mkfifo命令创建，并且可以通过文件系统进行访问。

非阻塞模式

默认情况下，FIFO是阻塞的，即读取操作会一直等待直到有数据可读，写入操作会一直等待直到有空间可写。非阻塞模式则允许读取和写入操作在没有数据或空间时立即返回，而不是等待。

类型与应用场景

单向FIFO：数据只能从一个方向流动。
双向FIFO：数据可以在两个方向上流动。

应用场景包括但不限于：

日志记录：将日志信息从一个进程发送到另一个进程进行处理。
任务分发：主进程将任务分发给多个工作进程。
实时数据处理：在实时系统中，快速传递数据而不等待。

示例代码

以下是一个简单的示例，展示如何在Linux中使用非阻塞FIFO：

创建FIFO

mkfifo /tmp/myfifo

写入数据的进程（writer.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main() {
    int fd = open("/tmp/myfifo", O_WRONLY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        char buffer[20];
        snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Message %d\n", i);
        write(fd, buffer, strlen(buffer));
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

读取数据的进程（reader.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main() {
    int fd = open("/tmp/myfifo", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    char buffer[100];
    while (1) {
        ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if (bytesRead > 0) {
            buffer[bytesRead] = '\0';
            printf("Received: %s", buffer);
        } else if (bytesRead == -1 && errno != EAGAIN) {
            perror("read");
            break;
        }
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

遇到的问题及解决方法

问题：在非阻塞模式下，读取操作可能会频繁返回EAGAIN错误，导致程序不断轮询，消耗CPU资源。

解决方法：

使用select或poll：这些系统调用可以有效地等待多个文件描述符的状态变化，避免忙等待。
设置合理的超时时间：在轮询时设置一个合理的超时时间，减少CPU占用。

使用`select`的示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main() {
    int fd = open("/tmp/myfifo", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fd_set readfds;
    struct timeval timeout;

    while (1) {
        FD_ZERO(&readfds);
        FD_SET(fd, &readfds);

        timeout.tv_sec = 1;  // 1 second timeout
        timeout.tv_usec = 0;

        int ret = select(fd + 1, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
        if (ret == -1) {
            perror("select");
            break;
        } else if (ret > 0) {
            if (FD_ISSET(fd, &readfds)) {
                char buffer[100];
                ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
                if (bytesRead > 0) {
                    buffer[bytesRead] = '\0';
                    printf("Received: %s", buffer);
                }
            }
        }
    }

    close(fd);
    return 0;
}

通过这种方式，可以有效减少CPU资源的浪费，同时保持程序的非阻塞特性。