linux系统中的有名管道（FIFO） linux, 管道, 通信

yuyang911220

无名管道应用的一个重大限制是它没有名字，因此，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，在有名管道（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，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间），因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。
管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）
管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等
FIFO往往都是多个写进程，一个读进程。
FIFO的打开规则：
    如果当前打开操作是为读而打开FIFO时，若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，成功返回（当前打开操作没有设置阻塞标志）。
    如果当前打开操作是为写而打开FIFO时，如果已经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，返回ENXIO错误（当前打开操作没有设置阻塞标志）。
总之就是一句话，一旦设置了阻塞标志，调用mkfifo建立好之后，那么管道的两端读写必须分别打开，有任何一方未打开，则在调用open的时候就阻塞。
从FIFO中读取数据：
约定：如果一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作。（意思就是我现在要打开一个有名管道来读数据！）
如果有进程写打开FIFO，且当前FIFO内没有数据(可以理解为管道的两端都建立好了，但是写端还没开始写数据！)
    则对于设置了阻塞标志的读操作来说，将一直阻塞（就是block住了，等待数据。它并不消耗CPU资源，这种进程的同步方式对CPU而言是非常有效率的。）
    对于没有设置阻塞标志读操作来说则返回-1，当前errno值为EAGAIN，提醒以后再试。
对于设置了阻塞标志的读操作说（见上面的约定）
造成阻塞的原因有两种
    FIFO内有数据，但有其它进程在读这些数据
    FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入，不论信写入数据量的大小，也不论读操作请求多少数据量。
读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用，如果本进程内有多个读操作序列，则在第一个读操作被唤醒并完成读操作后，其它将要执行的读操作将不再阻塞，即使在执行读操作时，FIFO中没有数据也一样,此时，读操作返回0。
注：如果FIFO中有数据，则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞，此时，读操作会返回FIFO中现有的数据量。
向FIFO中写入数据：
约定：如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作。
对于设置了阻塞标志的写操作：
    当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数，则进入睡眠，直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时，才开始进行一次性写操作。（PIPE_BUF ==>> /usr/include/linux/limits.h）
    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缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操作在写完所有请求写的数据后返回。
对于没有设置阻塞标志的写操作：
    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。在写满所有FIFO空闲缓冲区后，写操作返回。
    当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒以后再写；
简单描述下上面设置了阻塞标志的逻辑
设置了阻塞标志

if (buf_to_write <=  PIPE_BUF)   //写入的数据量不大于PIPE_BUF时
then
if ( buf_to_write > system_buf_left ) //保证写入的原子性,要么一次性把buf_to_write全都写完，要么一个字节都不写！
then
  block ;
  until ( buf_to_write <= system_buf_left );
  goto write ;
else
  write ;
fi
else
write ; //不管怎样，就是不断写，知道把缓冲区写满了才阻塞
fi
管道写端 pipe_read.c
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//pipe_read.c
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.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 BUFFER_SIZE PIPE_BUF  
  
int main()  
{  
    int pipe_fd;  
    int res;  
  
    int open_mode = O_RDONLY;  
    char buffer[BUFFER_SIZE + 1];  
    int bytes = 0;  
  
    memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));  
  
    printf("Process %d opeining FIFO O_RDONLY\n", getpid());  
    pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);  
    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);  
  
    if (pipe_fd != -1)  
    {  
        do{  
            res = read(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);  
            bytes += res;  
        printf("%d\n",bytes);
        }while(res > 0);  
        close(pipe_fd);  
    }  
    else  
    {  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    printf("Process %d finished, %d bytes read\n", getpid(), bytes);  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}
管道读端 pipe_write.c
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//pipe_write.c
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.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 BUFFER_SIZE PIPE_BUF  
#define TEN_MEG (1024 * 100)  
  
int main()  
{  
    int pipe_fd;  
    int res;  
    int open_mode = O_WRONLY;  
  
    int bytes = 0;  
    char buffer[BUFFER_SIZE + 1];  
  
    if (access(FIFO_NAME, F_OK) == -1)  
    {  
        res = mkfifo(FIFO_NAME, 0777);  
        if (res != 0)  
        {  
            fprintf(stderr, "Could not create fifo %s\n", FIFO_NAME);  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
    }  
  
    printf("Process %d opening FIFO O_WRONLY\n", getpid());  
    pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);  
    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);  
  
   //sleep(20);
    if (pipe_fd != -1)  
    {  
        while (bytes < TEN_MEG)  
        {  
            res = write(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);  
            if (res == -1)  
            {  
                fprintf(stderr, "Write error on pipe\n");  
                exit(EXIT_FAILURE);  
            }  
            bytes += res;  
        printf("%d\n",bytes);
        }  
        close(pipe_fd);  
    }  
    else  
    {  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    printf("Process %d finish\n", getpid());  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}