管道和FIFO

管道（pipe）

管道在Unix及Linux进程间通信是最基础的，很容易理解。管道就像一个自来水管，一端注入水，一端放出水，水只能在一个方向上流动，而不能双向流动。管道是典型的单向通信，即计算机网络中所说的“半双工”。管道又名匿名管道，所以只能用在具有公共祖先的进程之间使用，通常使用在父子进程之间通信。通常是父进程创建一个管道，然后fork一个子进程，此后父子进程共享这个管道进行通信。

　　管道由pipe函数创建，函数原型如下：

#include<unistd.h>

int　　pipe(int fd[2]); 成功返回0，否则返回-1；参数fd返回两个文件描述符，fd[0]为读，fd[1]为写，fd[1]的输入是fd[0]的输出。即fd[0]对应读端，fd[1]对应写端。

举例说明一下管道的用法：模拟client-server通信过程，父进程模拟client，子进程模拟server。server向client发送一个字符串，client接收到输出到屏幕。

View Code

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <errno.h>
 6 #include <string.h>
 7 
 8 int main()
 9 {
10     int fd[2];
11     pid_t childpid;
12     char buf[100];
13 
14     memset(buf,0,100);
15     //创建一个管道
16     if(pipe(fd) == -1)
17     {
18         perror("pipe() error");
19         exit(-1);
20     }
21     //创建一个子进程
22     childpid = fork();
23     if(childpid == 0)
24     {
25         printf("server input a message : ");
26         scanf("%s",buf);
27         //关闭读端
28         close(fd[0]);
29         write(fd[1],buf,strlen(buf));
30         exit(0);
31     }
32     if(childpid == -1)
33     {
34         perror("fork() error");
35         exit(-1);
36     }
37     //父进程关闭写端
38     close(fd[1]);
39     read(fd[0],buf,100);
40     printf("client read a message: %s\n",buf);
41     waitpid(childpid,NULL,0);
42     return 0;
43 }

程序执行结果如下：

上面程序的细节问题在于子进程需要关闭读端，父进程需要关闭写端。因为管道最早提出时候是单向，虽然现在有些系统提供全双工的管道。那么如何采用管道实现双向通信呢？很显然我们需要两个管道，控制两个不同的数据流向。现在有模拟一个Client和Server双向通信的过程，Client与Server之间可以相互发送和接收信息。此时需要两个管道进行模拟，管道1模拟Server写Client读数据流向，管道2模拟Client写Server读数据流向。代码如下所示：

View Code

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <errno.h>
 6 #include <string.h>
 7 
 8 int main()
 9 {
10     int fd1[2],fd2[2];
11     pid_t childpid;
12     char buf[100];
13 
14     memset(buf,0,100);
15     
16     if(pipe(fd1) == -1)
17     {
18         perror("pipe() error");
19         exit(-1);
20     }
21     if(pipe(fd2) == -1)
22     {
23         perror("pipe() error");
24         exit(-1);
25     }
26     childpid = fork();
27     if(childpid == 0)
28     {
29         printf("Server input a message : ");
30         gets(buf);
31         close(fd1[0]);
32         close(fd2[1]);
33         write(fd1[1],buf,strlen(buf));
34         read(fd2[0],buf,100);
35         printf("Server received message from client:%s\n",buf);
36         exit(0);
37     }
38     if(childpid == -1)
39     {
40         perror("fork() error");
41         exit(-1);
42     }
43     close(fd1[1]);
44     close(fd2[0]);
45     read(fd1[0],buf,100);
46     printf("Client receive a message from server: %s\n",buf);
47     printf("Client input a message : ");
48     gets(buf);
49     write(fd2[1],buf,strlen(buf));
50     waitpid(childpid,NULL,0);
51     return 0;
52 }

程序执行结果如下：

　　2 FIFO(first in first out)

　　FIFO又名有名管道，相对于上述管道而言。管道没有名字，因此只能在具有共同祖先进程的各个进程之间通信，无法在无亲缘关系的两个进程之间创建一个管道进行通信。为此有了FIFO，类似管道，也是一个单向（半双工）数据流，每个FIFO有一个路径名与之关联，从而允许无亲缘关系的进程访问同一个FIFO。FIFO有mkfifo函数创建。

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode); 成功返回0，出错返回-1。pathname是一个普通的路径名，是FIFO的名字，mode指定文件的权位。

在创建FIFO后，必须打开来读或者打开来写，不能打开来既读既写（因为FIFO是半双工）。现在采用FIFO实现上面的第二个例子，代码如下：

View Code

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <sys/stat.h>
 6 #include <errno.h>
 7 #include <string.h>
 8 #include <fcntl.h>
 9 
10 #define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
11 
12 #define FIFO1   "/tmp/fifo.1"
13 #define FIFO2   "/tmp/fifo.2"
14 
15 int main()
16 {
17     int readfd,writefd;
18     pid_t   childpid;
19     char buf[100];
20     memset(buf,0,100);
21     //创建FIFO
22     if((mkfifo(FIFO1,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST))
23     {
24         perror("mkfifo() error");
25         exit(-1);
26     }
27     if((mkfifo(FIFO2,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST))
28     {
29         unlink(FIFO1);
30         perror("mkfifo() error");
31         exit(-1);
32     }
33      //创建子进程
34     childpid = fork();
35     if(childpid == 0)
36     {
37         readfd = open(FIFO1,O_RDONLY,0);
38         writefd = open(FIFO2,O_WRONLY,0);
39         printf("Server input a message: ");
40         gets(buf);
41         write(writefd,buf,strlen(buf));
42         read(readfd,buf,100);
43         printf("Server received a message from Client: %s\n",buf);
44         exit(0);
45     }
46     if(childpid == -1)
47     {
48         perror("frok() error");
49         exit(-1);
50     }
51      //防止死锁，注意顺序
52     writefd = open(FIFO1,O_WRONLY,0);
53     readfd = open(FIFO2,O_RDONLY,0);
54     read(readfd,buf,100);
55     printf("Client received a message form Server: %s\n",buf);
56     printf("Client input a mesage: ");
57     gets(buf);
58     write(writefd,buf,strlen(buf));
59     waitpid(childpid,NULL,0);
60     close(readfd);
61     close(writefd);
62     unlink(FIFO1);
63     unlink(FIFO2);
64     return 0;
65 }

运行结果如下：

上面的程序当中父进程打开FIFO的顺序不能颠倒，否则会造成死锁。因为在当前没有任何进程打开某个FIFO来写的时候，打开该FIFO来读的进程将会阻塞。交换父进程中两个open的调用顺序后，父子进程都将打开同一个FIFO进行读，而当前没有任何进程来打开该文件进行写，于是父子进程都阻塞，造成死锁。

下面采用FIFO实现无亲缘关系的两个进程之间的通信。Client与Server是两个独立的进程。

View Code

 1 //公共同文件fifo.h
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <sys/types.h>
 6 #include <sys/stat.h>
 7 #include <errno.h>
 8 #include <string.h>
 9 #include <fcntl.h>
10 
11 #define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
12 
13 #define FIFO1   "/tmp/fifo.1"
14 #define FIFO2   "/tmp/fifo.2"

View Code

 1 //server进程 server.c 
 2 #include "fifo.h"
 3 
 4 int main()
 5 {
 6     int readfd,writefd;
 7     pid_t   childpid;
 8     char buf[100];
 9     memset(buf,0,100);
10     //创建FIFO
11     if((mkfifo(FIFO1,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST))
12     {
13         perror("mkfifo() error");
14         exit(-1);
15     }
16     if((mkfifo(FIFO2,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST))
17     {
18         unlink(FIFO1);
19         perror("mkfifo() error");
20         exit(-1);
21     }
22     readfd = open(FIFO1,O_RDONLY,0);
23     writefd = open(FIFO2,O_WRONLY,0);
24     printf("Server input a message: ");
25     gets(buf);
26     write(writefd,buf,strlen(buf));
27     read(readfd,buf,100);
28     printf("Server received a message from Client: %s\n",buf);
29     return 0;
30 }

View Code

 1 //client进程 client。c
 2 #include "fifo.h"
 3 
 4 int main()
 5 {
 6     int readfd,writefd;
 7     pid_t   childpid;
 8     char buf[100];
 9     memset(buf,0,100);
10     //创建FIFO
11     if((mkfifo(FIFO1,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST))
12     {
13         perror("mkfifo() error");
14         exit(-1);
15     }
16     if((mkfifo(FIFO2,FILE_MODE) < 0) && (errno != EEXIST))
17     {
18         unlink(FIFO1);
19         perror("mkfifo() error");
20         exit(-1);
21     }
22 
23      //防止死锁，注意顺序
24     writefd = open(FIFO1,O_WRONLY,0);
25     readfd = open(FIFO2,O_RDONLY,0);
26     read(readfd,buf,100);
27     printf("Client received a message form Server: %s\n",buf);
28     printf("Client input a mesage: ");
29     gets(buf);
30     write(writefd,buf,strlen(buf));
31     close(readfd);
32     close(writefd);
33     unlink(FIFO1);
34     unlink(FIFO2);
35     return 0;
36 }

先执行server进程，然后执行client进程：结果如下：

以上介绍了管道和FIFO的操作方法。

参考资料：

《Unix环境高级编程》

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