Linux操作系统——命名管道

我们前面说的管道都是只能具有血缘关系的进程进行进程间通信，如果我想让两个毫不相干的进程进行通信呢？那就需要来谈谈命名管道了。

命名管道

管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。
如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道。
命名管道是一种特殊类型的文件

我们前面说进程通信的本质是让不同的进程看到同一份资源，而如果我们如何让两个毫不相干的进程看到同一份资源呢？因为路径是具有唯一性的，所以，我们可以使用路径+文件名，来唯一的让不同的进程看到同一份资源。

假设有A进程和B进程，A进程要打开一个文件，那么他要为该文件创建对应的struct file,还要创建关于该文件的一些内部对象，比如说inode,缓冲区，方法集等这些东西。然后当我们在同路径下用B进程打开这个文件，操作系统还用不用重新加载该文件的inode ,缓冲区这些东西，然后再打开了呢？答案是不用再打开了，也不用再加载了，因为他已经加载到内存了，操作系统不会做重复的工作，不会将文件的这些内部对象在内存中加载很多份，但是这两个进程一个是读一个是写，要有不同的读写位置，所以要有独立的struct file,这两个struct file都指向同一个缓冲区。所以我们的A进程和B进程指向的是一个共享的区域，所以原理呢其实就是跟之前谈到的匿名管道是一模一样的。我们对应的结论就是，我们之前讲过进程之间是具有独立性的，进程间要完成通信就必须看到同一份资源，而我们这里谈到的同一份资源就是同一个缓冲区，但是管道文件就不用在磁盘上做刷新了，它是一种内存级的，然后又符合单向通信的原则的。那么这里又是通过什么方式让不同的进程看到相同的资源的呢？其实就是我们所说的通过路径+文件名这种做法。

创建一个命名管道

命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令：

$ mkfifo filename

命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

创建命名管道:

int main(int argc, char *argv[])
{
    mkfifo("p2", 0644);
    return 0;
}

匿名管道与命名管道的区别

匿名管道由pipe函数创建并打开。
命名管道由mkfifo函数创建，打开用open
FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同，一但这些工作完成之后，它们具有相同的语义。

命名管道的打开规则

如果当前打开操作是为读而打开FIFO时
- O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO
- O_NONBLOCK enable：立刻返回成功
如果当前打开操作是为写而打开FIFO时
- O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO
- O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO

用命名管道实现server&client通信

源代码：

server.cc

#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<fcntl.h>
#include"comm.h"


using namespace std;

bool MakeFifo()
{
    int n = mkfifo(FILENAME,0666);
    if(n<0)
    {
        cerr<<"errno: "<<errno<<", errstring: "<<strerror(errno)<<endl;
        return false;
    }

    cout<<"mkfifo success ...read"<<endl;
    return true;
}

int main()
{
Start:
    int rfd = open(FILENAME,O_RDONLY);
    if(rfd < 0)
    {
        cerr<<"errno: "<<errno<<", errstring: "<<strerror(errno)<<endl;
        if(MakeFifo()) goto Start;
        else return 1;
    }

    cout<<"open fifo success ..."<<endl;
    char buffer[1024];

    while(true)
    {
        ssize_t s = read(rfd,buffer,sizeof(buffer)-1);
        if(s>0)
        {
            buffer[s] = 0;
            cout<<"Client say# "<<buffer<<endl;
        }
        else if(s == 0)
        {
            cout<<"client quit , server quit too!"<<endl;
            break;
        }
    }

    close(rfd);
    cout<<"close fifo success ..."<<endl;
    return 0;
}

client.cc

#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<fcntl.h>
#include"comm.h"
using namespace std;

int main()
{
    int wfd = open(FILENAME,O_WRONLY);
    if(wfd<0)
    {
        cerr<<"errno: "<<errno<<", errstring: "<<strerror(errno)<<endl;
        return 1;
    }
    
    cout<<"mkfifo success ...write"<<endl;
    string message;
    while(true)
    {
        cout<<"Please Enter# ";
        getline(cin,message);

        ssize_t s = write(wfd,message.c_str(),message.size());
        if(s<0)
        {
            cerr<<"errno: "<<errno<<", errstring: "<<strerror(errno)<<endl;
            break;
        }
    }

    close(wfd);
    cout<<"close fifo success ..."<<endl;
    return 0;
}

Makefile:

.PHONY:all
all:server client

client:client.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11

server:server.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11

.PHONY:clean
clean:
	rm -f server client .fifo

comm.h