Linux进程间通信（IPC）之二——命名管道（FIFO）

1 命名管道(FIFO)

经过前文《Linux进程间通信（IPC）之一——管道》介绍管道，但是管道应用的一个重大缺陷就是没有名字，因此只能用于亲缘进程之间的通信。后来从管道为基础提出命名管道（named pipe，FIFO）的概念，该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间），因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。

2 命名管道的创建

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

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

[/code]

该函数经创建一个FIFO，FIFO在文件系统中表现为一个文件（该文件为fifo类型文件），文件的路径由参数pathname指定；第二个参数mode和系统调用open函数中的mode是一样的。如果pathname路径下的文件已经存在，则mkfifo返回-1，errono将会返回EEXIST。

3 命名管道操作

FIFO在文件系统中表现为一个文件，大部分的系统文件调用都可以用在FIFO上面，比如：read，open，write，close，unlink，stat等函数。但是seek等函数不能对FIFO调用。

可以调用open打开FIFO，请注意以下方面：

1、当以阻塞（未指定O_NONBLOCK）方式只读打开FIFO的时候，则将会被阻塞，直到有其他进程以写方式打开该FIFO。

2、类似的，当以阻塞（未指定O_NONBLOCK）方式只写打开FIFO的时候，则将会被阻塞，直到有其他进程以读方式打开该FIFO。

3、当以非阻塞方式（指定O_NONBLOCK）方式只读打开FIFO的时候，则立即返回-1，其errno是ENXIO。

在上文《Linux进程间通信（IPC）之一——管道》提到：如果写入管道的数据量小于等于PIPE_BUF，则系统保证write为原子操作，多个进程同时写管道，将不会出现穿插；如果写入数据量大于PIPE_BUF，则系统将不保证write为原子操作，多个进程同时写管道，则将有可能会穿插写入。这个规则在命名管道中继续适用。

4 应用实例

本例为一个client-server模式，服务器端将会创建一个闻名fifo文件（本例中为“/tmp/server”），并读取该fifo文件。客户端则打开该fifo文件，并把其请求写入该FIFO文件。服务器端读取该命令并执行之。

服务器端的代码为：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
struct fifo_cmd
{
pid_t child_pid;
char cmd[100];
};
int main(void)
{
int fd;
struct fifo_cmd cmd;
int err;
int n;
if((err = mkfifo("/tmp/server", 0777)) < 0)
{
if(errno != EEXIST)
{
perror("mkfido fail: ");
exit(-1);
}
}
if((fd = open("/tmp/server", O_RDONLY)) < 0)
{
perror("open fail: ");
exit(-1);
}
while(1)
{
if((n = read(fd, &cmd, sizeof(cmd))) < 0)
{
perror("read fail: ");
exit(-1);
}
if(n > 0)
{
printf("command from %d: %s/n", cmd.child_pid, cmd.cmd);
}
sleep(1);
}
}

把这个代码编译成server。

客户端代码如下：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
struct fifo_cmd
{
pid_t pid;
char cmd[100];
};
int main(int argc, char* argv[])
{
int fd;
struct fifo_cmd cmd;
if((fd = open("/tmp/server", O_WRONLY)) < 0)
{
perror("open fail: ");
exit(-1);
}
cmd.pid = getpid();
while(1)
{
printf("%%: ");
fgets(cmd.cmd, sizeof(cmd.cmd), stdin);
cmd.cmd[strlen(cmd.cmd) - 1] = 0;
if(write(fd, &cmd, sizeof(cmd)) < 0)
{
perror("write fail: ");
exit(-1);
}
}
}

把客户端代码编译成client。

测试时我们可以启动多个client，我们将会看到client发生命令将会在服务器端执行之。

5 总结

与管道相比，FIFO最大的特点就是其在文件系统中有fifo文件存在，这样就可以做到进程间通信。