Linux进程间通信之命名管道(FIFO)

上一篇讲的是管道(pipe)，也提到过管道最大的缺点是没有名字，因此只能用于具有亲子关系的进程之间。

何为”没有名字“？使用过Linux系统的人，一定都听说过一句话：在Linux系统中一切皆文件。

对于这里所说的”文件“，系统中都会有个名字与之对应。这样我们就可以通过名字对文件进行读写等操作。

但是管道在系统中没有这样的”名字“，因此无法通过IO函数对其进行访问，所以其只能在父子进程间使用。这也是管道最大的缺陷。

本节讲述的命名管道(FIFO)将不存在”无名“的问题。

1.创建FIFO

#include <sys/stat.h>

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

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode参数相同。

如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误。
如果确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO，如close、read、write等等。
下面来创建一个FIFO

1 #include <sys/types.h>
2 #include <sys/stat.h>
3 #include <fcntl.h>
4
5 #define FIFO_PATH "/tmp/my_fifo"
6
7 int main()
8 {
9    int ret = 0;
10
11    ret = mkfifo(FIFO_PATH, 0x777);
12    if (ret < 0) {
13        perror("make fifo error");
14        return -1;
15     }
16
17    return 0;
18 }

编译、运行之后，可以通过查看创建的FIFO文件

[tuzhutuzhu@CentOS fifo]$ll /tmp/my_fifo
pr-xrwSr-t. 1tuzhutuzhu tuzhutuzhu 0 Mar 15 10:26 /tmp/my_fifo

通过上述程序，我们可以看出：创建了有名管道之后，就可以在系统中看到FIFO对应的管道文件。
这也就是FIFO被称为”有名“的原因。也是因为有了名字，其他非亲缘关系的进程也就可以通过名字对其进行访问。
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,

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.FIFO的打开与读写规则：

2.1 FIFO的打开规则：

如果当前打开操作是为读而打开FIFO时，若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；

否则，可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，成功返回（当前打开操作没有设置阻塞标志）。

如果当前打开操作是为写而打开FIFO时，如果已经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；

否则，可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，返回ENXIO错误（当前打开操作没有设置阻塞标志）。

2.2 从FIFO中读取数据：

约定：如果一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作。

如果有进程写打开FIFO，且当前FIFO内没有数据，则对于设置了阻塞标志的读操作来说，将一直阻塞。

对于没有设置阻塞标志读操作来说则返回-1，当前errno值为EAGAIN，提醒以后再试。

对于设置了阻塞标志的读操作说，造成阻塞的原因有两种：当前FIFO内有数据，但有其它进程在读这些数据；另外就是FIFO内没有数据。

解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入，不论信写入数据量的大小，也不论读操作请求多少数据量。

读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用，如果本进程内有多个读操作序列，则在第一个读操作被唤醒并完成读操作后，

其它将要执行的读操作将不再阻塞，即使在执行读操作时，FIFO中没有数据也一样（此时，读操作返回0）。

如果没有进程写打开FIFO，则设置了阻塞标志的读操作会阻塞。

注：如果FIFO中有数据，则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞，此时，读操作会返回FIFO中现有的数据量。

2.3 向FIFO中写入数据：

约定：如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作。

对于设置了阻塞标志的写操作：

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数，

则进入睡眠，直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时，才开始进行一次性写操作。

当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操作在写完所有请求写的数据后返回。

对于没有设置阻塞标志的写操作：

当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后，写操作返回。

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；

如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒以后再写。