linux系統編程之管道（三） 命名管道FIFO和mkfifo函數

進程間通信必須通過內核提供的通道，而且必須有一種辦法在進程中標識內核提供的某個通道，前面講過的匿名管道是用打開的文件描述符來標識的。如果要互相通信的幾個進程沒有從公共祖先那裡繼承文件描述符，它們怎麼通信呢？內核提供一條通道不成問題，問題是如何標識這條通道才能使各進程都可以訪問它？文件系統中的路徑名是全局的，各進程都可以訪問，因此可以用文件系統中的路徑名來標識一個IPC通道。

FIFO和UNIX Domain Socket這兩種IPC機制都是利用文件系統中的特殊文件來標識的。

FIFO文件在磁盤上沒有數據塊，僅用來標識內核中的一條通道，如 prw-rw-r-- 1 simba simba 0 May 21 10:13 p2，文件類型標識為p表示FIFO，文件大小為0。各進程可以打開這個文件進行read/write，實際上是在讀寫內核通道（根本原因在於這個file結構體所指向的read、write函數和常規文件不一樣），這樣就實現了進程間通信。UNIX Domain Socket和FIFO的原理類似，也需要一個特殊的socket文件來標識內核中的通道，例如/run目錄下有很多系統服務的socket文件：

srw-rw-rw- 1 root root 0 May 21 09:59 acpid.socket

....................

文件類型s表示socket，這些文件在磁盤上也沒有數據塊。

一、命名管道（FIFO）

匿名管道應用的一個限制就是只能在具有共同祖先（具有親緣關系）的進程間通信。

如果我們想在不相關的進程之間交換數據，可以使用FIFO文件來做這項工作，它經常被稱為命名管道。

命名管道可以從命令行上創建，命令行方法是使用下面這個命令：

$ mkfifo filename

命名管道也可以從程序裡創建，相關函數有：

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

二、命名管道和匿名管道

匿名管道由pipe函數創建並打開。

命名管道由mkfifo函數創建，打開用open。

FIFO（命名管道）與pipe（匿名管道）之間唯一的區別在它們創建與打開的方式不同，這些工作完成之後，它們具有相同的語義。

The only difference between pipes and FIFOs is the manner in which they are created and opened. Once these tasks have been accomplished, I/O on pipes and FIFOs has exactly the same semantics.

三、命名管道的打開規則

如果當前打開操作是為讀而打開FIFO時

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應進程為寫而打開該FIFO

O_NONBLOCK enable：立刻返回成功

如果當前打開操作是為寫而打開FIFO時

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應進程為讀而打開該FIFO

O_NONBLOCK enable：立刻返回失敗，錯誤碼為ENXIO

需要注意的是打開的文件描述符默認是阻塞的，大家可以寫兩個很簡單的小程序測試一下，主要也就一條語句

int fd = open("p2", O_WRONLY);

假設p2是命名管道文件，把打開標志換成 O_RDONLY 就是另一個程序了，可以先運行RD程序，此時會阻塞，再在另一個窗口運行WR程序，此時兩個程序都會從open返回成功。非阻塞時也不難測試，open時增加標志位就可以了。

需要注意的是 命令管道與匿名管道的讀寫規則是一樣的，參見這裡：http://blog.csdn.net/simba888888/article/details/8952287

下面示例命名管道完成拷貝文件的功能：

/*************************************************************************
    > File Name: process_.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
 ************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
int main(int argc, char *argv[])
{
    mkfifo("tp", 0644);
    int infd = open("Makefile", O_RDONLY);
    if (infd == -1)
        ERR_EXIT("open error");
    int outfd;
    outfd = open("tp", O_WRONLY);
    if (outfd == -1)
        ERR_EXIT("open error");
    char buf[1024];
    int n;
    while ((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)
        write(outfd, buf, n);
    close(infd);
    close(outfd);
    return 0;
}

程序使用mkfifo函數創建一個命名管道文件tp，將Makefile 的文件都讀取到tp文件中。

/*************************************************************************
    > File Name: process_.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
 ************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
int main(int argc, char *argv[])
{
    int outfd = open("Makefile2", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (outfd == -1)
        ERR_EXIT("open error");
    int infd;
    infd = open("tp", O_RDONLY);
    if (infd == -1)
        ERR_EXIT("open error");
    char buf[1024];
    int n;
    while ((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)
        write(outfd, buf, n);
    close(infd);
    close(outfd);
    unlink("tp"); // delete a name and possibly the file it refers to
    return 0;
}

可以看到跟上面的程序是相反的，即從tp讀取到Makefile2，完成拷貝文件的功能，這裡用到了一個unlink函數，屬於inode_operations系列(http://blog.csdn.net/simba888888/article/details/8806654)的一個函數，即inode引用計數減1，當引用計數為0且進程已經關閉文件描述符時，文件將被刪除。