管道及有名管道

管道和有名管道是最早的程序間通訊機制之一，管道可用於具有親緣關係程序間的通訊，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關係程序間的通訊。 認清管道和有名管道的讀寫規則是在程式中應用它們的關鍵，本文在詳細討論了管道和有名管道的通訊機制的基礎上，用例項對其讀寫規則進行了程式驗證，這樣做有利於增強讀者對讀寫規則的感性認識，同時也提供了應用範例。

管道概述及相關api應用

1.1 管道相關的關鍵概念

管道是linux支援的最初unix ipc形式之一，具有以下特點：

1.2管道的建立：

#include

int pipe(int fd[2])

1.3管道的讀寫規則：

管道兩端可分別用描述字fd[0]以及fd[1]來描述，需要注意的是，管道的兩端是固定了任務的。即一端只能用於讀，由描述字fd[0]表示，稱其為管道讀端；另一端則只能用於寫，由描述字fd[1]來表示，稱其為管道寫端。如果試圖從管道寫端讀取資料，或者向管道讀端寫入資料都將導致錯誤發生。一般檔案的i/o函式都可以用於管道，如close、read、write等等。

從管道中讀取資料：

向管道中寫入資料：

1.5管道的侷限性

管道的主要侷限性正體現在它的特點上：

2、 有名管道概述及相關api應用

2.1 有名管道相關的關鍵概念

管道應用的乙個重大限制是它沒有名字，因此，只能用於具有親緣關係的程序間通訊，在有名管道（named pipe或fifo）提出後，該限制得到了克服。fifo不同於管道之處在於它提供乙個路徑名與之關聯，以fifo的檔案形式存在於檔案系統中。這樣，即使與fifo的建立程序不存在親緣關係的程序，只要可以訪問該路徑，就能夠彼此通過fifo相互通訊（能夠訪問該路徑的程序以及fifo的建立程序之間），因此，通過fifo不相關的程序也能交換資料。值得注意的是，fifo嚴格遵循先進先出（first in first out），對管道及fifo的讀總是從開始處返回資料，對它們的寫則把資料新增到末尾。它們不支援諸如lseek()等檔案定位操作。

2.2有名管道的建立

#include

#include

int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

該函式的第乙個引數是乙個普通的路徑名，也就是建立後fifo的名字。第二個引數與開啟普通檔案的open()函式中的mode 引數相同。如果mkfifo的第乙個引數是乙個已經存在的路徑名時，會返回eexist錯誤，所以一般典型的呼叫**首先會檢查是否返回該錯誤，如果確實返回該錯誤，那麼只要呼叫開啟fifo的函式就可以了。一般檔案的i/o函式都可以用於fifo，如close、read、write等等。

2.3有名管道的開啟規則

有名管道比管道多了乙個開啟操作：open。

fifo的開啟規則：

如果當前開啟操作是為讀而開啟fifo時，若已經有相應程序為寫而開啟該fifo，則當前開啟操作將成功返回；否則，可能阻塞直到有相應程序為寫而開啟該fifo（當前開啟操作設定了阻塞標誌）；或者，成功返回（當前開啟操作沒有設定阻塞標誌）。

如果當前開啟操作是為寫而開啟fifo時，如果已經有相應程序為讀而開啟該fifo，則當前開啟操作將成功返回；否則，可能阻塞直到有相應程序為讀而開啟該fifo（當前開啟操作設定了阻塞標誌）；或者，返回enxio錯誤（當前開啟操作沒有設定阻塞標誌）。

2.4有名管道的讀寫規則

從fifo中讀取資料：

約定：如果乙個程序為了從fifo中讀取資料而阻塞開啟fifo，那麼稱該程序內的讀操作為設定了阻塞標誌的讀操作。

注：如果fifo中有資料，則設定了阻塞標誌的讀操作不會因為fifo中的位元組數小於請求讀的位元組數而阻塞，此時，讀操作會返回fifo中現有的資料量。

向fifo中寫入資料：

約定：如果乙個程序為了向fifo中寫入資料而阻塞開啟fifo，那麼稱該程序內的寫操作為設定了阻塞標誌的寫操作。

對於設定了阻塞標誌的寫操作：

對於沒有設定阻塞標誌的寫操作：

當要寫入的資料量不大於pipe_buf時，linux將保證寫入的原子性。如果當前fifo空閒緩衝區能夠容納請求寫入的位元組數，寫完後成功返回；如果當前fifo空閒緩衝區不能夠容納請求寫入的位元組數，則返回eagain錯誤，提醒以後再寫；

不管寫開啟的阻塞標誌是否設定，在請求寫入的位元組數大於4096時，都不保證寫入的原子性。但二者有本質區別：

對於阻塞寫來說，寫操作在寫滿fifo的空閒區域後，會一直等待，直到寫完所有資料為止，請求寫入的資料最終都會寫入fifo；

而非阻塞寫則在寫滿fifo的空閒區域後，就返回(實際寫入的位元組數)，所以有些資料最終不能夠寫入。

對於讀操作的驗證則比較簡單，不再討論。

2.5有名管道應用例項

在驗證了相應的讀寫規則後，應用例項似乎就沒有必要了。

小結：管道常用於兩個方面：（1）在shell中時常會用到管道（作為輸入輸入的重定向），在這種應用方式下，管道的建立對於使用者來說是透明的；（2）用於具有親緣關係的程序間通訊，使用者自己建立管道，並完成讀寫操作。

fifo可以說是管道的推廣，克服了管道無名字的限制，使得無親緣關係的程序同樣可以採用先進先出的通訊機制進行通訊。

管道和fifo的資料是位元組流，應用程式之間必須事先確定特定的傳輸"協議"，採用傳播具有特定意義的訊息。

要靈活應用管道及fifo，理解它們的讀寫規則是關鍵。

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