Linux--进程间通信（2）（有名管道)

1.原理

2.创建命名管道

3.使用命名通道实现简单的通信

4.使用创建的命名管道

1.原理

匿名管道没有名称，它们是通过句柄在父进程和子进程之间传递的。这意味着匿名管道只能用于具有父子关系的进程之间。

但如果程序之间没关系，那么这时候就要用到有名管道了，有名管道通过一个名称（通常是一个文件系统中的路径）来标识。这使得任何进程都可以通过该名称来访问管道，而不必是创建管道的进程的子进程。有名管道支持不同进程间的通信，甚至支持跨计算机（网络）的通信。有名管道的生命周期由创建它的进程控制，但即使创建它的进程终止，只要还有进程连接着管道，管道就会继续存在。

命名管道在操作系统中表现为一种特殊类型的文件，它存在于系统的命名空间中，可以像打开文件那样被打开和读写。一旦创建，命名管道就可以在不同的进程中被打开多次，允许单向或双向的数据流传输。

2.创建命名管道

创建命名管道，直接使用mkfifo命令就可以了

eg：

创建一个命名管道

一号机上的while循环持续地将字符串"hello boy"写入到命名管道myfifo中，每次写入后暂停一秒。二号机上的cat命令则从myfifo中读取数据，并将其输出到标准输出。看一看效果：我们发现在一号机写到myfifo中的数据会被同步到二号机中的myfifo，

两个不相关的进程（一号机和二号机上的进程）之间建立通信。这两个进程不需要有任何父子关系或其他特殊关系，只需要知道命名管道的文件路径即可。

myfifo的文件大小始终都没有变，因为并没有被刷新到磁盘中。

3.使用命名通道实现简单的通信

提供一个关闭命名管道的函数：unlink

提供一个namepipe的类，它封装了命名管道的创建、打开、读写和删除的逻辑。以下是代码（namedPipe.hpp）：
#pragma once

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cerrno>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

const std::string comm_path = "./myfifo";
#define DefaultFd -1
#define Creater 1
#define User 2
#define Read O_RDONLY
#define Write O_WRONLY
#define BaseSize 4096

class NamePiped
{
private:
    bool OpenNamedPipe(int mode)
    {
        _fd = open(_fifo_path.c_str(), mode);
        if (_fd < 0)
            return false;
        return true;
    }

public:
    NamePiped(const std::string &path, int who)
        : _fifo_path(path), _id(who), _fd(DefaultFd)
    {
        if (_id == Creater)
        {
            int res = mkfifo(_fifo_path.c_str(), 0666);
            if (res != 0)
            {
                perror("mkfifo");
            }
            std::cout << "creater create named pipe" << std::endl;
        }
    }
    bool OpenForRead()
    {
        return OpenNamedPipe(Read);
    }
    bool OpenForWrite()
    {
        return OpenNamedPipe(Write);
    }
    int ReadNamedPipe(std::string *out)
    {
        char buffer[BaseSize];
        int n = read(_fd, buffer, sizeof(buffer));
        if(n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            *out = buffer;
        }
        return n;
    }
    int WriteNamedPipe(const std::string &in)
    {
        return write(_fd, in.c_str(), in.size());
    }
    ~NamePiped()
    {
        if (_id == Creater)
        {
            int res = unlink(_fifo_path.c_str());
            if (res != 0)
            {
                perror("unlink");
            }
            std::cout << "creater free named pipe" << std::endl;
        }
        if(_fd != DefaultFd) close(_fd);
    }

private:
    const std::string _fifo_path;
    int _id;
    int _fd;
};
成员变量：
_fifo_path：存储命名管道的路径。
_id：标识该对象是命名管道的创建者（Creater）还是用户（User）。
_fd：文件描述符，用于与命名管道进行通信。初始化为DefaultFd（定义为-1）。
构造函数：
接收命名管道的路径和创建者/用户标识。
如果_id为Creater，则调用mkfifo函数在指定路径下创建命名管道。如果创建失败，会打印错误信息。
OpenForRead和OpenForWrite方法：
这两个方法分别用于打开命名管道进行读取和写入操作。
内部调用OpenNamedPipe方法，传入相应的读取或写入模式（O_RDONLY或O_WRONLY）。
OpenNamedPipe方法使用open系统调用来打开命名管道，并保存文件描述符到_fd成员变量中。
ReadNamedPipe和WriteNamedPipe方法：
ReadNamedPipe方法从命名管道中读取数据到提供的字符串指针中。
WriteNamedPipe方法将提供的字符串写入命名管道。
这两个方法都使用read和write系统调用来执行实际的读写操作。
析构函数：
在对象销毁时，析构函数会被调用。
如果_id为Creater，则调用unlink函数来删除命名管道。这确保了命名管道在不再需要时从文件系统中被移除。
无论_id的值如何，都会检查_fd是否不是DefaultFd（即文件描述符是否已打开），如果是，则调用close函数来关闭文件描述符。

接下来创建一个客户端向命名管道写入（client.cc）：
#include "namedPipe.hpp"

// write
int main()
{
    NamePiped fifo(comm_path, User);
    if (fifo.OpenForWrite())
    {
        std::cout << "client open namd pipe done" << std::endl;
        while (true)
        {
            std::cout << "Please Enter> ";
            std::string message;
            std::getline(std::cin, message);
            fifo.WriteNamedPipe(message);
        }
    }

    return 0;
}
循环的写入信息。

创建一个客户端用来读取命名管道的信息（server.cc）：
#include "namedPipe.hpp"


int main()
{
    NamePiped fifo(comm_path, Creater);
    // 对于读端而言,如果我们打开文件，但是写还没来，我会阻塞在open调用中，直到对方打开
    // 进程同步
    if (fifo.OpenForRead())
    {
        std::cout << "server open named pipe done" << std::endl;

        sleep(3);
        while (true)
        {
            std::string message;
            int n = fifo.ReadNamedPipe(&message);
            if (n > 0)
            {
                std::cout << "Client Say> " << message << std::endl;
            }
            else if(n == 0)
            {
                std::cout << "Client quit, Server Too!" << std::endl;
                break;
            }
            else
            {
                std::cout << "fifo.ReadNamedPipe Error" << std::endl;
                break;
            }
        }
    }

    return 0;
}
如果ReadNamedPipe返回的值n大于0，表示成功读取了n个字符到message中。
程序将输出"Client Say> "和读取到的消息内容。
如果n等于0，通常表示客户端已经关闭了连接或者发送了一个EOF（文件结束符）。
程序将输出"Client quit, Server Too!"并退出循环，然后退出程序。
如果n小于0，表示读取过程中发生了错误。
程序将输出"fifo.ReadNamedPipe Error"并退出循环，然后退出程序。