（转）linux 无名管道pipe和有名管道FIFO

1、管道（pipe）

管道是进程间通信的主要手段之一。一个管道实际上就是个只存在于内存中的文件，对这个文件的操作要通过两个已经打开文件进行，它们分别代表管道的两端。管道是一种特殊的文件，它不属于某一种文件系统，而是一种独立的文件系统，有其自己的数据结构。根据管道的适用范围将其分为：无名管道和命名管道。
● 无名管道
主要用于父进程与子进程之间，或者两个兄弟进程之间。在linux系统中可以通过系统调用建立起一个单向的通信管道，且这种关系只能由父进程来建立。因此，每个管道都是单向的，当需要双向通信时就需要建立起两个管道。管道两端的进程均将该管道看做一个文件，一个进程负责往管道中写内容，而另一个从管道中读取。这种传输遵循“先入先出”（FIFO）的规则。
● 命名管道
命名管道是为了解决无名管道只能用于近亲进程之间通信的缺陷而设计的。命名管道是建立在实际的磁盘介质或文件系统（而不是只存在于内存中）上有自己名字的文件，任何进程可以在任何时间通过文件名或路径名与该文件建立联系。为了实现命名管道，引入了一种新的文件类型——FIFO文件（遵循先进先出的原则）。实现一个命名管道实际上就是实现一个FIFO文件。命名管道一旦建立，之后它的读、写以及关闭操作都与普通管道完全相同。虽然FIFO文件的inode节点在磁盘上，但是仅是一个节点而已，文件的数据还是存在于内存缓冲页面中，和普通管道相同。
系统调用pipe是用来建立管道的。该调用的声明格式如下：
　　　　　int pipe(int filedes[2]);
一个管道拥有两个文件描述符用来通信，它们指向一个管道的索引节点，该调用将这两文件描述符放在参数filedes中返回。现在的许多系统中管道允许数据双向流动，但一般习惯上，文件描述符filedes[0]用来读数据，filedes[1]用来写数据。如果要求程序的可移植性好，就按照习惯的用法来编程。调用成功时，返回值为0；错误时，返回-1，并设置错误代码errno：
　　EMFILE：进程使用了过多的文件描述符。
　　ENFILE：系统文件表满。
　　EFAULT：参数filedes无效。
对于写管道：
　　　　写入管道的数据按到达次序排列。如果管道满，则对管道的写被阻塞，直到管道的数据被读操作读取。对于写操作，如果一次write调用写的数据量小于管道容量，则写必须一次完成，即如果管道所剩余的容量不够，write被阻塞直到管道的剩余容量可以一次写完为止。如果write调用写的数据量大于管道容量，则写操作分多次完成。如果用fcntl设置管道写端口为非阻塞方式，则管道满不会阻塞写，而只是对写返回0。
　对于读管道：
　　　　读操作按数据到达的顺序读取数据。已经被读取的数据在管道内不再存在，这意味着数据在管道中不能重复利用。如果管道为空，且管道的写端口是打开状态，则读操作被阻塞直到有数据写入为止。一次read调用，如果管道中的数据量不够read指定的数量，则按实际的数量读取，并对read返回实际数量值。如果读端口使用fcntl设置了非阻塞方式，则当管道为空时，read调用返回0。

有名管道又称为FIFO，是进程间通信的一种方式。FIFO具有以下特点：
1.全双工的通信模式，数据先进先出；
2.可以用于任意的进程之间，通过指定相同的管道文件进行通信；
3.文件名存在文件系统中，而管道中的内容存在于内存中。可通过open、read、write对其操作；
使用FIFO的步骤如下：
一、创建/打开一个FIFO
FIFO是一种文件类型，在Linux系统中FIFO的类型用p表示。如下所示：
-rwxr-xr-x 1 root root 7368 2008-10-29 09:05 create_fifo
-rw-r--r-- 1 root root 380 2008-10-29 09:05 create_fifo.c
prw-r--r-- 1 root root 0 2009-06-12 14:18 myfifo
-rwxr-xr-x 1 root root 8178 2008-10-29 08:58 read_fifo
-rw-r--r-- 1 root root 1185 2008-10-29 09:00 read_fifo.c
-rwxr-xr-x 1 root root 8333 2009-06-12 14:20 write_fifo
-rw-r--r-- 1 root root 1139 2009-06-12 14:19 write_fifo.c
可以看到，虽然FIFO文件存在于文件系统中(可供不同的进程打开)，但FIFO中的内容都存放在内存中，所以文件大小始终为0。
由于FIFO不是普通文件，所以只能用文件ＩＯ来访问。
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *path, mode_t mode);
函数mkfifo用于创建一个有名管道，参数path指定要创建的FIFO的路径，mode为该管道文件的访问权限，一般用八进制数表示。
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int oflag, ... );
函数open通过指定路径打开一个文件，不同的进程可以调用open打开同一个FIFO进行通信。参考下面的代码(相关头文件省略)
#define BUF_SIZE 51
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
ssize_t n;
char buf[BUF_SIZE];
if ( argc <２)
{
fprintf(stdout, “Usage: %s <fifo_path>\n”, argv[0]);
exit(1);
}
if ( mkfifo(argv[1], 0666) < 0 ) // 创建FIFO失败
{
if (errno != EEXIST ) // 出错原因不是因为管道已存在
{
fprintf(stderr, “mkfifo() failed %s\n”, strerror(errno));
exit(-1);
}
}
if ( (fd = open(argv[1], O_RDWR)) < 0 ) // 打开FIFO出错
{ // 注：< 优先级要高于 =
fprintf(stderr, “open() failed %s\n”, strerror(errno));
exit(-1);
}
…
return 0;
}
二、读/写FIFO
进程打开FIFO后，就可以根据open时指定的选项对其进行相应的读/写操作(请参考open的帮助文档中关于选项的说明)。
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte);
ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte);
……
if ((n = read(fd, buf, BUF_SIZE)) < 0 )
{
fprintf(stderr, “read() failed %s\n”, strerror(errno));
exit(-1);
}
else if ( n = = 0 )
{
fprintf(stdout, “all write sides are closed…\n”);
exit(-1);
}
else
{
fprintf(stdout, “read %d bytes from FIFO : %s\n”, n, buf);
}
……
对FIFO的写操作，大家可以仿照上面的代码。
最后总结一下在使用FIFO时要注意的问题：
1. 在用open打开FIFO时有可能会阻塞，原因就是当前只有读端或写端存在。换句话说，如果程序在打开FIFO时指定了只读方式/只写方式，那么该进
程对于打开的FIFO来说就是一个读端/写端。如果指定的是读写方式，那么进程既是读端又是写端。
2. 从FIFO中读数据时(用read函数)，如果没有数据，默认是阻塞等待，直到有数据被写入FIFO。如果read函数返回0，说明该FIFO所有的写端都已关
闭，程序要做相应的处理。
向FIFO写入数据时(使用write函数)，如果FIFO有足够空间，write函数会返回写入的字节数；如果空间不够，write函数会阻塞，直到写完为止。当所
有的读端都关闭时，再向FIFO写数据会出错。内核会向写进程发管道断裂的信号(SIGPIPE), 从而终止该进程。处理的办法有两种：程序以读写方式打开
FIFO或是在程序中捕捉SIGPIPE信号，由用户自行处理。