管道檔案操作

管道檔案

#include

int pipe(int fildes[2]);

呼叫成功後，可以訪問兩個檔案描述符，fildes[0]是用來讀的檔案描述符，而fildes[1]是用來寫的檔案描述符。

pipe僅允許單向通訊，fildes[0]只用來讀，fildes[1]只用來寫。若要雙向通訊，必須建立兩組管道。

在實際使用中，通過建立乙個子程序，然後乙個程序寫，乙個程序讀來使用。

必須在fork()前呼叫pipe()，否則子程序不會繼承檔案描述符。兩個程序不共享祖先程序，就不能使用pipe。但是可以使用命名管道。

當管道進行寫入操作的時候，如果寫入的資料小於128k則是原子的，如果大於128k位元組，緩衝區的資料將被連續地寫入

管道，直到全部資料寫完為止，如果沒有程序讀取資料，則將一直阻塞。

雖然管道是一種特殊的檔案，它的讀寫操作和普通檔案的讀寫操作完全一樣，但管道不是乙個真實存在的檔案，它只在核心中儲存，而不存在於檔案系統中。

int dup2(int oldfd, int newfd);

dup2將永oldfd檔案描述符來代替newfd檔案描述符，同時關閉newfd檔案描述符。也就是說，所有指向newfd的操作都轉到oldfd上面。

命名管道又稱先入先出佇列，是一種特殊的管道，存在於檔案系統中。其顯著特點：

》命名管道可以用於任何兩個程序間的通訊，並不限制於兩個程序同源。

》命名管道作為一種特殊的檔案存放於檔案系統中，而不是像管道一樣存放於核心中。當程序對命名管道使用結束後，命名管道依然存在於檔案系統中，除非對其進行刪除，否則該命名管道不會消失。

和管道一樣，命名管道也僅允許單向通訊，若要雙向通訊，必須建立兩組命名管道。

#include

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

mode與建立普通檔案的create()的mode相似，成功返回0，失敗返回-1。

int mknod(char *pathname, mode_t mode, dev_t dev);

mknod不是乙個專門用於建立命名管道的函式，引數pathname/mode和mkfifo相同，dev取0。成功0，失敗-1。

shell命令建立命名管道：

mkfifo fifo_test

mknod fifo_test p

可以像普通檔案一樣，open/read/write/close fifo。

注：使用命名管道時，需要在兩個進行通訊的程序中分別開啟命名管道。因此，當乙個程序讀開啟（或寫開啟）乙個fifo而沒有其他程序寫開啟（或讀開啟）此fifo時，該程序就會阻塞，直到另乙個程序寫開啟（或讀開啟）此fifo。

若要刪除乙個命名管道，使用unlink。

4. 使用注意

使用命名管道與管道的注意問題一樣：

》向未開啟或已經關閉的管道進行寫操作，將產生sigpipe訊號，write函式將errno設定為出錯值。

》當乙個程序從命名管道中讀取資料時，如果命名管道中的全部資料讀完了，read()認為讀到了檔案末尾，返回值為0。但有可能資料的寫入並沒有結束，寫入命名管道的程序還有資料要傳輸。因此要分清楚是資料傳輸結束還是暫時無資料讀取，如果是後者，則讀取資料的程序應等待。

》系統定義的常量pipe_buf規定了命名管道緩衝的大小，當寫入資料超過規定大小後，將會使資料發生交錯。ulimit -a顯示pipe_buf值（ubuntu16.04）為512bytes * 8 = 4096 bytes。

posix.1規定當寫入管道的長度小於pipe_buf位元組時必須是原子的：即寫入資料作為連續序列寫入管道。超過pipe_buf位元組的寫入可能是非原子的：核心可能會將資料與其他程序寫入的資料交錯。

posix.1要求pipe_buf至少為512位元組。(在linux上，pipe_buf為4096位元組）。在實踐中取決於檔案描述符是否為非阻塞（o_nonblock），管道中是否有多個寫入器，以及n要寫入的位元組數：

n <= pipe_buf, o_nonblock無效：原子的寫入n個位元組。如果管道當前的剩餘空間不足以立即寫入n個位元組，就阻塞直到有足夠的空間。

n <= pipe_buf, o_nonblock有效：寫入具有原子性，如果有足夠的空間寫入n個位元組，write立即成功返回。否則乙個都不寫入，返回錯誤，並設定errno為eagain。

n > pipe_buf, o_nonblock無效：非原子寫。可能會和其它的寫程序交替寫。write阻塞直到將n個位元組寫入管道。

n > pipe_buf, o_nonblock有效：如果管道滿，則write失敗，返回錯誤，並將errno設定為 eagin。如果不滿，則返回寫入的位元組數為1~n，即部分寫入，寫入時可能有其他程序穿插寫入。

結論： 1、當要寫入的資料量不大於pipe_buf時，linux將保證寫入的原子性。 2、當要寫入的資料量大於pipe_buf時，linux將不再保證寫入的原子性。