linux系統編程之管道（三）：具名管道FIFO和mkfifo函數

處理序間通訊必須通過核心提供的通道，而且必須有一種辦法在進程中標識核心提供的某個通道，前面講過的匿名管道是用開啟的檔案描述符來標識的。如果要互相通訊的幾個進程沒有從公用祖先那裡繼承檔案描述符，它們怎麼通訊呢？核心提供一條通道不成問題，問題是如何標識這條通道才能使各進程都可以訪問它？檔案系統中的路徑名是全域的，各進程都可以訪問，因此可以用檔案系統中的路徑名來標識一個IPC通道。

FIFO和UNIX Domain Socket這兩種IPC機制都是利用檔案系統中的特殊檔案來標識的。

FIFO檔案在磁碟上沒有資料區塊，僅用來標識核心中的一條通道，如 prw-rw-r-- 1 simba simba      0 May 21 10:13 p2，檔案類型標識為p表示FIFO，檔案大小為0。各進程可以開啟這個檔案進行read/write，實際上是在讀寫核心通道（根本原因在於這個file結構體所指向的read、write函數和常規檔案不一樣），這樣就實現了處理序間通訊。UNIX
Domain Socket和FIFO的原理類似，也需要一個特殊的socket檔案來標識核心中的通道，例如/run目錄下有很多系統服務的socket檔案：

srw-rw-rw- 1 root       root          0 May 21 09:59 acpid.socket

....................

檔案類型s表示socket，這些檔案在磁碟上也沒有資料區塊。

一、具名管道（FIFO）

匿名管道應用的一個限制就是只能在具有共同祖先（具有親緣關係）的處理序間通訊。
如果我們想在不相關的進程之間交換資料，可以使用FIFO檔案來做這項工作，它經常被稱為具名管道。

具名管道可以從命令列上建立，命令列方法是使用下面這個命令：
$ mkfifo filename
具名管道也可以從程式裡建立，相關函數有：
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

二、具名管道和匿名管道

匿名管道由pipe函數建立並開啟。
具名管道由mkfifo函數建立，開啟用open。
FIFO（具名管道）與pipe（匿名管道）之間唯一的區別在它們建立與開啟的方式不同，這些工作完成之後，它們具有相同的語義。

The  only difference between pipes and FIFOs is the manner in which they are created and opened.  Once these tasks have been accomplished, I/O on pipes and FIFOs has exactly the same semantics.

三、具名管道的開啟規則

如果當前開啟操作是為讀而開啟FIFO時
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應進程為寫而開啟該FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻返回成功
如果當前開啟操作是為寫而開啟FIFO時
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應進程為讀而開啟該FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻返回失敗，錯誤碼為ENXIO

需要注意的是開啟的檔案描述符預設是阻塞的，大家可以寫兩個很簡單的小程式測試一下，主要也就一條語句

int fd = open("p2", O_WRONLY);
假設p2是具名管道檔案，把開啟標誌換成 O_RDONLY 就是另一個程式了，可以先運行RD程式，此時會阻塞，再在另一個視窗運行WR程式，此時兩個程式都會從open返回成功。非阻塞時也不難測試，open時增加標誌位就可以了。

需要注意的是 命令管道與匿名管道的讀寫規則是一樣的，參見這裡。

下面樣本具名管道完成拷貝檔案的功能：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: process_.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) int main(int argc, char *argv[]) {     mkfifo("tp", 0644);     int infd = open("Makefile", O_RDONLY);     if (infd == -1)         ERR_EXIT("open error");     int outfd;     outfd = open("tp", O_WRONLY);     if (outfd == -1)         ERR_EXIT("open error");     char buf[1024];     int n;     while ((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)         write(outfd, buf, n);     close(infd);     close(outfd);     return 0; }

程式使用mkfifo函數建立一個具名管道檔案tp，將Makefile 的檔案都讀取到tp檔案中。

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: process_.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) int main(int argc, char *argv[]) {     int outfd = open("Makefile2", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);     if (outfd == -1)         ERR_EXIT("open error");     int infd;     infd = open("tp", O_RDONLY);     if (infd == -1)         ERR_EXIT("open error");     char buf[1024];     int n;     while ((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)         write(outfd, buf, n);     close(infd);     close(outfd);     unlink("tp"); // delete a name and possibly the file it refers to     return 0; }

可以看到跟上面的程式是相反的，即從tp讀取到Makefile2，完成拷貝檔案的功能，這裡用到了一個unlink函數，屬於inode_operations系列的一個函數，即inode引用計數減1，當引用計數為0且進程已經關閉檔案描述符時，檔案將被刪除。

參考：《APUE》