1.概述

管道是最初的Unix?IPC通信，可追溯到1973年的Unix第三版。盡管對于許多操作來說很有用，但它們的根本局限于沒有名字，只能由親緣關(guān)系的進(jìn)程使用。這一點(diǎn)隨著FIFO的加入System?III?Unix中得以改正。FIFO有時(shí)候稱為命令管道（named?pipe）。管道和FIFO都是使用通常的read和write函數(shù)訪問的。 從技術(shù)上講，自從可以在進(jìn)程間傳遞描述符后，管道也能用于無親緣關(guān)系的進(jìn)程間。然而通常的說，管道通常用于具有共同祖先的進(jìn)程間通信。

1.1管道的特點(diǎn)

（1）只能用于具有共同祖先的進(jìn)程（具有親緣關(guān)系的進(jìn)程）之間通信，當(dāng)然除了命名管道，命名管道有一個(gè)路徑名與之關(guān)聯(lián)，命名管道允許無親緣關(guān)系的進(jìn)程訪問同一個(gè)FIFO；通常，一個(gè)管道由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，然后該進(jìn)程調(diào)用fork，此后，父子進(jìn)程之間就可應(yīng)用該管道? （2）管道的進(jìn)程間通信是基于字節(jié)流的? （3）管道是基于文件形式的，自帶同步互斥機(jī)制，并且只能進(jìn)行單向傳輸? （4）一般而言，進(jìn)程退出，管道釋放，所以管道的生命周期是隨進(jìn)程的

2.管道

所有樣式的Unix提供管道。它由pipe函數(shù)創(chuàng)建，提供一個(gè)單路（單向）數(shù)據(jù)流。 調(diào)用pipe函數(shù)時(shí)在內(nèi)核中開辟一塊緩沖區(qū)(稱為管道)用于通信,它有一個(gè)讀端一個(gè)寫端,然后通過pipefd參數(shù)傳出給用戶程序兩個(gè)文件描述符,pipefd[0]指向管道的讀端,fpipefd[1]指向管道的寫端。所以管道在用戶程序看起來就像一個(gè)打開的文件,通過read(filedes[0]);或者write(filedes[1]);向這個(gè)文件讀寫數(shù)據(jù)其實(shí)是在讀寫內(nèi)核緩沖區(qū)。pipe函數(shù)調(diào)用成功返回0,調(diào)用失敗返回-1。

3.管道實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信

開辟了管道之后如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程間的通信呢?比如可以按下面的步驟通信。

3.1單個(gè)進(jìn)程中的管道

? ? 父進(jìn)程調(diào)用pipe函數(shù)創(chuàng)建管道，得到兩個(gè)文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的讀端和寫端。父進(jìn)程中可以通過管道一方寫入數(shù)據(jù)，父進(jìn)程也可以通過管道的另一方讀取數(shù)據(jù)，上圖很好的說明了當(dāng)個(gè)進(jìn)程中的管道通信方式。

3.2?父進(jìn)程fork出子進(jìn)程

管道的經(jīng)典用途是以下方式為兩個(gè)不同進(jìn)程（一個(gè)是父進(jìn)程一個(gè)是子進(jìn)程）提供進(jìn)程間通信手段。首先，由一個(gè)進(jìn)程）（它將成為父進(jìn)程）創(chuàng)建一個(gè)管道后調(diào)用fork派生一個(gè)自身的副本，如下圖所示： 父進(jìn)程fork出子進(jìn)程，?進(jìn)程也有兩個(gè)?件描述符指向同?管道。那么這樣在父進(jìn)程和子進(jìn)程中都有兩個(gè)文件描述符分別指向管道的寫端和讀端。父進(jìn)程和子進(jìn)程都能對管道進(jìn)行讀寫操作。

3.3?父進(jìn)程關(guān)閉fd[0]?子進(jìn)程關(guān)閉fd[1]

父進(jìn)程關(guān)閉在這個(gè)管道的讀出端fd[0],子進(jìn)程關(guān)閉這個(gè)管道的寫入端fd[1]。這就在父進(jìn)程和子進(jìn)程之間提供了一個(gè)單向數(shù)據(jù)流。父進(jìn)程可以向管道中寫入數(shù)據(jù)，子進(jìn)程將管道中的數(shù)據(jù)讀出。由于管道是利用環(huán)形隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)從寫端流入管道，從讀端流出，這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程間通信。

3.4?代碼實(shí)現(xiàn)管道通信

子進(jìn)向父進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù) #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h>int main() {int fd[2];if (pipe(fd)){perror("pipe");return 1;}// 實(shí)現(xiàn)父進(jìn)程寫，子進(jìn)程讀pid_t id = fork();if (id < 0){perror("fork");return 2;}else if (id == 0) // child{close(fd[1]);char buf[128];int cnt = 0;while (cnt++ < 5){ssize_t _s = read(fd[0], buf, sizeof(buf));if (_s > 0){buf[_s] = '\0';;printf("father say to child: %s\n", buf);}else if (_s == 0){printf("father close write");break;}else{perror("read");break;}}close(fd[0]);}else // father{close(fd[0]);char * msg = "hello world";int cnt = 0;while (cnt++ < 5){write(fd[1], msg, strlen(msg));sleep(1);}close(fd[1]);}return 0; }

3.命名管道（FIFO）

管道沒有名字，因此它們的最大的劣勢就是只能用于有一個(gè)共同祖先進(jìn)程的各個(gè)進(jìn)程之間的通信。我們無法在無親緣關(guān)系的兩個(gè)進(jìn)程之間創(chuàng)建一個(gè)管道并將它作為IPC通道（不考慮描述符的傳遞）。管道的缺點(diǎn)就是只能在有親緣關(guān)系的進(jìn)程間進(jìn)行通信，針對這個(gè)缺陷，又提出來了命名管道（FIFO）的概念。FIFO不同于管道之處在于它提供一個(gè)路徑名與之關(guān)聯(lián),以FIFO的文件形式存儲(chǔ)于文件系統(tǒng)中。命名管道是一個(gè)設(shè)備文件,因此,即使進(jìn)程與創(chuàng)建FIFO的進(jìn)程不存在親緣關(guān)系,只要可以訪問該路徑,就能夠通過FIFO相互通信。 FIFO指的就是先進(jìn)先出（first?in,first on），Unix中的FIFO類似管道。他是一個(gè)單向（半雙工）的數(shù)據(jù)流。不同于管道的是，每個(gè)FIFO有一個(gè)路徑與之相連，從而允許無親緣關(guān)系之間的進(jìn)程訪問同一個(gè)FIFO。FIFO也稱為有名管道（named?pipe）。 FIFO通過mkfifo函數(shù)創(chuàng)建 其中pathname是一個(gè)普通的Unix路徑名，它是該FIFO的名字。 mode參數(shù)指的是文件權(quán)限位，類似于open的第二個(gè)參數(shù)。mkfifo命令也能創(chuàng)建FIOF。可以從shell腳本或者命令行中使用它。在創(chuàng)建一個(gè)FIFO后，它必須或者打開來讀或者來寫，所用的可以是open函數(shù)，也可以是某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I/O打開函數(shù)，列如fopen。FIOFU不能打開來既可以讀又可以寫，因?yàn)樗前腚p工的。對管道或者FIFO的write總是向末尾添加數(shù)據(jù)，對他們的read總是從開頭添加數(shù)據(jù)。如果對管道或者FIFO調(diào)用lseek，這就返回錯(cuò)誤。

3.1FIFO兩個(gè)屬性

1、FIFO是一個(gè)設(shè)備文件，在文件系統(tǒng)中以文件名的形式存在，因此即使進(jìn)程與創(chuàng)建FIFO的進(jìn)程不存在血緣關(guān)系也依然可以通信，前提是可以訪問該路徑。? 2、FIFO(first input first output)總是遵循先進(jìn)先出的原則，即第一個(gè)進(jìn)來的數(shù)據(jù)會(huì)第一個(gè)被讀走。

3.2?代碼實(shí)現(xiàn)命令管道通信

server向命令管道中發(fā)送數(shù)據(jù) #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h>int main() {// 創(chuàng)建管道時(shí)需要在mode參數(shù)位置傳S_IFIFO,表明創(chuàng)建的是命名管道int ret = mkfifo("./.fifo", S_IFIFO | 0644); if (ret < 0){perror("mkfifo");return 1;}int fd = open("./.fifo", O_WRONLY);if (fd < 0){perror("open");return 2;}int cnt = 0;char *msg = "hello world";while (cnt++ < 5){write(fd, msg, strlen(msg));sleep(1);}close(fd);return 0; } client向命令管道中接收數(shù)據(jù)#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h>int main() {int fd = open("./.fifo", O_RDONLY);if (fd < 0){perror("open");return 2;}int cnt = 0;char buf[128];while (cnt++ < 5){ssize_t _s = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);if (_s > 0){buf[_s] = '\0';;printf("server say to client: %s\n", buf);}else if (_s == 0){printf("server close write\n");break;}else{perror("read");}sleep(1);}close(fd);return 0; }

4. 命令管道和管道的區(qū)別

命名管道創(chuàng)建完成后就可以使用，其使用方法與管道一樣；?
區(qū)別在于：?
（1）命名管道使用之前需要使用open()打開。這是因?yàn)?#xff1a;命名管道是設(shè)備文件，它是存儲(chǔ)在硬盤上的，而管道是存在內(nèi)存中的特殊文件。?
（2）但是需要注意的是，命名管道調(diào)用open()打開有可能會(huì)阻塞，但是如果以讀寫方式（O_RDWR）打開則一定不會(huì)阻塞；?
（3）命名管道以只讀（O_RDONLY）方式打開時(shí)，調(diào)用open()的函數(shù)會(huì)被阻塞直到有數(shù)據(jù)可讀；?
（4）命名管道如果以只寫方式（O_WRONLY）打開時(shí)同樣也會(huì)被阻塞，知道有以讀方式打開該管道。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的进程间的通信方式（二）：管道Pipe和命令管道FIFO的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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