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Linux學習筆記25——命名管道(FIFO)

系統 1837 0

1 命名管道(FIFO)

????? 管道應用的一個重大缺陷就是沒有名字,因此只能用于親緣進程之間的通信。 后來從管道為基礎提出命名管道(named pipe,FIFO)的概念,該限制得到了克服。 FIFO不同于管道之處在于它提供一個路徑名與之關聯,以FIFO的文件形式存在于文件系統中。這樣,即使與FIFO的創建進程不存在親緣關系的進程,只要可以訪問該路徑,就能夠彼此通過FIFO相互通信(能夠訪問該路徑的進程以及FIFO的創建進程之間),因此,通過FIFO不相關的進程也能交換數據。 值得注意的是,FIFO嚴格遵循先進先出(first in first out),對管道及FIFO的讀總是從開始處返回數據,對它們的寫則把數據添加到末尾。它們不支持諸如lseek()等文件定位操作。

2 命名管道的創建

        #include <sys/types.h>
        
#include <sys/stat.h>
int mkfifo( const char *pathname,     // 文件的路徑
       mode_t mode           //和open函數mode一樣
      );

如果pathname路徑下的文件已經存在,則mkfifo返回-1,errono將會返回EEXIST。

?

3 命名管道操作

?????? FIFO在文件系統中表現為一個文件,大部分的系統文件調用都可以在FIFO上面,比如:read,open,write,close,unlink,stat等函數,但是seek函數不能對FIFO調用。

? ? ? 可以調用open打開FIFO,請注意以下方面:?

?????????? A 當以阻塞(未指定O_NONBLOCK)方式只讀打開FIFO的時候,則將會被阻塞,直到有其他進程以寫方式打開該FIFO。
??? ? ? ?? B 類似的,當以阻塞(未指定O_NONBLOCK)方式只寫打開FIFO的時候,則將會被阻塞,直到有其他進程以讀方式打開該FIFO
?????????? C 當以非阻塞方式(指定O_NONBLOCK)方式只讀打開FIFO的時候,則立即返回。當只寫open時,如果沒有進程為讀打開FIFO,則返回-1,其errno是ENXIO
如果 寫入管道的數據量小于等于PIPE_BUF,則系統保證write為原子操作,多個進程同時寫管道,將不會出現穿插;如果寫入數據量大于PIPE_BUF,則系統將不保證write為原子操作,多個進程同時寫管道,則將有可能會穿插寫入。 這個規則在命名管道中繼續適用。
?

4 應用實例

???? 本例為一個client-server模式,服務器端將會創建一個聞名fifo文件(本例中為“/tmp/server”),并讀取該fifo文件。客戶端則打開該fifo文件,并把其請求寫入該FIFO文件。服務器端讀取該命令并執行之。

???? 服務器端的代碼為:

        #include <unistd.h>
        
          

#include 
        
        <stdlib.h>
        
          

#include 
        
        <stdio.h>
        
          

#include 
        
        <
        
          string
        
        .h>
        
          

#include 
        
        <unistd.h>
        
          

#include 
        
        <fcntl.h>
        
          

#include 
        
        <limits.h>
        
          

#include 
        
        <sys/types.h>
        
          

#include 
        
        <sys/stat.h>
        
          

#include 
        
        <ctype.h>




        
          #define
        
         SERVER_FIFO_NAME "/tmp/serv_fifo"


        
          #define
        
         CLIENT_FIFO_NAME "/tmp/cli_%d_fifo"


        
          #define
        
         BUFFER_SIZE 20




        
          struct
        
        
           data_to_pass_st{

    pid_t client_pid;

    
        
        
          char
        
         some_data[BUFFER_SIZE-
        
          1
        
        
          ];

};




        
        
          int
        
        
           main(){

    
        
        
          int
        
        
           server_fifo_fd,client_fifo_fd;

    
        
        
          struct
        
        
           data_to_pass_st mydata;

    
        
        
          int
        
        
           read_res;

    
        
        
          char
        
         client_fifo[
        
          256
        
        
          ];

    
        
        
          char
        
         *
        
          tmp_char_ptr;

    

    mkfifo(SERVER_FIFO_NAME,
        
        
          0777
        
        
          );

    server_fifo_fd
        
        =
        
          open(SERVER_FIFO_NAME,O_RDONLY);

    
        
        
          if
        
        (server_fifo_fd==-
        
          1
        
        
          ){

        fprintf(stderr,
        
        
          "
        
        
          Server fifo failure\n
        
        
          "
        
        
          );

        exit(EXIT_FAILURE);

    }

    sleep(
        
        
          10
        
        
          );

    
        
        
          do
        
        
          {

        read_res
        
        =read(server_fifo_fd,&mydata,
        
          sizeof
        
        
          (mydata));

        
        
        
          if
        
        (read_res>
        
          0
        
        
          ){

            tmp_char_ptr
        
        =
        
          my_data.some_data;

            
        
        
          while
        
        (*tmp_char_ptr>
        
          0
        
        
          ){

                
        
        
          //
        
        
          把some_data中的所有字符全部轉換為大寫
        
        

                *tmp_char_ptr=toupper(*
        
          tmp_char_ptr);

                tmp_char_ptr
        
        ++
        
          ;

            }

            sprintf(client_fifo,CLIENT_FIFO_NAME,my_data.client_pid);

            client_fifo_fd
        
        =
        
          open(client_fifo,O_WRONLY);

            
        
        
          if
        
        (client_fifo_fd!=-
        
          1
        
        
          ){

                write(client_fifo_fd,
        
        &my_data,
        
          sizeof
        
        
          (my_data));

                close(client_fifo_fd);

            }

            

        }

    }
        
        
          while
        
        (read_res>
        
          0
        
        
          );

    close(server_fifo_fd);

    unlink(SERVER_FIFO_NAME);

    exit(EXIT_SUCCESS);

}
        
      

  客戶端代碼為:

        #include <unistd.h>
        
          

#include 
        
        <stdlib.h>
        
          

#include 
        
        <stdio.h>
        
          

#include 
        
        <
        
          string
        
        .h>
        
          

#include 
        
        <unistd.h>
        
          

#include 
        
        <fcntl.h>
        
          

#include 
        
        <limits.h>
        
          

#include 
        
        <sys/types.h>
        
          

#include 
        
        <sys/stat.h>
        
          

#include 
        
        <ctype.h>




        
          #define
        
         SERVER_FIFO_NAME "/tmp/serv_fifo"


        
          #define
        
         CLIENT_FIFO_NAME "/tmp/cli_%d_fifo"


        
          #define
        
         BUFFER_SIZE 20




        
          struct
        
        
           data_to_pass_st{

    pid_t client_pid;

    
        
        
          char
        
         some_data[BUFFER_SIZE-
        
          1
        
        
          ];

};




        
        
          int
        
        
           main(){

    
        
        
          int
        
        
           server_fifo_fd,client_fifo_fd;

    
        
        
          struct
        
        
           data_to_pass_st my_data;

    
        
        
          int
        
        
           times_to_send;

    
        
        
          char
        
         client_fifo[
        
          256
        
        
          ];

    

    server_fifo_fd
        
        =
        
          open(SERVER_FIFO_NAME,O_WRONLY);

    
        
        
          if
        
        (server_fifo_fd==-
        
          1
        
        
          ){

        fprintf(stderr,
        
        
          "
        
        
          Sorry,no server\n
        
        
          "
        
        
          );

        exit(EXIT_FAILURE);

    }

    my_data.client_pid
        
        =
        
          getpid();

    sprintf(client_fifo,CLIENT_FIFO_NAME,my_data.client_pid);

    
        
        
          if
        
        (mkfifo(client_fifo,
        
          0777
        
        )==-
        
          1
        
        
          ){

        fprintf(stderr,
        
        
          "
        
        
          Sorry,can't make %s\n
        
        
          "
        
        
          ,client_fifo);

        exit(EXIT_FAILURE);

    }

    
        
        
          for
        
        (times_to_send=
        
          0
        
        ;times_to_send<
        
          5
        
        ;times_to_send++
        
          ){

        sprintf(my_data.some_data,
        
        
          "
        
        
          Hello from %d
        
        
          "
        
        
          ,my_data.client_pid,my_data.some_data);

        write(server_fifo_fd,
        
        &my_data,
        
          sizeof
        
        
          (my_data));

        client_fifo_fd
        
        =
        
          open(client_fifo,O_RDONLY);

        
        
        
          if
        
        (client_fifo_fd!=-
        
          1
        
        
          ){

            
        
        
          if
        
        (read(client_fifo_fd,&my_data,
        
          sizeof
        
        (my_data))>
        
          0
        
        
          ){

                printf(
        
        
          "
        
        
          received:%s\n
        
        
          "
        
        
          ,my_data.some_data);

            }

            close(client_fifo_fd);

        }

    }

    close(server_fifo_fd);

    unlink(client_fifo);

    exit(EXIT_SUCCESS);

    

}
        
      

5 總結

???? 與管道相比,FIFO最大的特點就是其在文件系統中有fifo文件存在,這樣就可以做到進程間通信。

6? FIFO的缺點
????? 當然FIFO也有它的局限性。客戶端可以發請求到服務器,但前提是要知道一個公共的FIFO通道, 對于實現服務器回傳應答到客戶端的問題,可以通過為每一個客戶端創建一個專用的FIFO,來實現回傳應答 。但也有不足, 服務器會同時應答成千上萬個客戶端,創建如此多的FIFO是否會使系統負載過大,相應的如何判斷客戶端是否因意外而崩潰成為難題,或者客戶端不讀取應答直接退出,所以服務器必須處理SIGPIPE信號,并做相應處理。(當沒有進程為讀打開FIFO文件時,write函數進行寫操作會產生SIGPIPE信號)

Linux學習筆記25——命名管道(FIFO)


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