Linux 进程间通信---命名管道

1.命名管道的原理

1，如果是具有血缘关系的进程，想要通信我们可以使用匿名管道，如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道。

2.在内核中，操作系统会打开一个文件，即在内核中，仅有一个文件的inode结构体，文件的files_operations结构体，一个内核级别的文件缓冲区，那么由于这两个进程可能会有不同的打开文件的方式，并且两个文件的执行流不同，读取写入到文件的位置可能也不同，所以分别会给这两个进程各自分配一个文件打开对象。

3.与匿名管道不同，进程间的通信本质是让不同的进程看到同一份资源，在匿名管道中，子进程继承了父进程的文件描述符表，父子进程一个关闭读端，一个关闭写端，从而实现进程间的通信，命名管道这里，两个不同的进程以只读和只写的方式打开文件，也达到了看到同一份资源的目的。

4.那么两个进程如何知道它们两个打开的是同一个文件？因为进行打开的时候是采用的是同路径下的同一个文件名 = 路径 + 文件名 = 具有唯一性。

5.同样的，这个命名管道也管道它也具有管道的特征，即单向通信，并且不需要将缓冲区的内容刷新到磁盘上，命名管道同样也是一个文件，这个文件是内存级文件。

2.创建命名管道

命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令：

cpp 复制代码

mkfifo filename

命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：

cpp 复制代码

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

mkfifo需要传参，第一个参数传参命名文件的路径，第二个传参命名文件的权限模式，mkfifo的返回值是一个int的变量，如果mkfifo创建命名管道成功，那么就会返回0，如果没有创建成功，创建失败了，那么就会返回-1，并且设置对应的错误码。

cpp 复制代码

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<sys/stat.h>
  3 int main(int argc, char *argv[])
  4 {
  5         mkfifo("myfifo",0644);
  6         return 0;
  7 }

删除命名管道可以使用unlink。

3.命名管道的4种情况

读写端正常，管道为空，读端就要阻塞，可以有效保护数据安全

读写端正常，管道满了，写端就要阻塞，可以有效保护数据安全

读端正常读，写端关闭，读端就会读到0，代表读到了文件（pipe）结束，读端退出，不会阻塞

写端正常写，读端关闭，操作系统就要通过13号信号杀掉正在写入的写端进程

4.进程间编码的实现

makefile

cpp 复制代码

  1 .PHONY:all
  2 all:client server
  3 
  4 client:client.cpp
  5         g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
  6 server:server.cpp
  7         g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
  8 .PHONY:clean
  9 clean:
 10         rm -f client server

生成client和server可执行程序

pipename.hpp

cpp 复制代码

#pragma once
#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <fcntl.h>          
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include<string>
#include<string.h>
#define FILE "./log.txt"
#define MODE 0644
enum 
{
    FIFO_CREATE_ERR=1,
    FIFO_DELETE_ERR,
    FIFO_OPEN_ERR  
};
class Init
{
public:
    Init()
    {
        int n=mkfifo(FILE,MODE);
        if(n<0)
        {
            perror("mkfifo");
            exit(FIFO_CREATE_ERR);
        }
    }
    ~Init()
    {
        int m=unlink(FILE);
        if(m<0)
        {
            perror("mkfifo");
            exit(FIFO_DELETE_ERR);
        }
    }
};

将创建管道文件封装为一个类，创建类时自动创建命名管道。

client.cpp

cpp 复制代码

#include"./pipe.hpp"
int main()
{
    int fd=open(FILE,O_WRONLY);
    if(fd<0)
    {
        perror("open");
        exit(FIFO_OPEN_ERR);
    }
    std::cout<<"clinet open success"<<std::endl;
    std::string line;
    while(true)
    {
        std::cout<<"Pliease enter#";
        getline(std::cin,line);
        int n=write(fd,line.c_str(),line.size());
    }
    close(fd);
    return 0;
}

以只写模式打开文件，不断的从键盘获取数据发送给文件。

server.cpp

cpp 复制代码

#include"./pipename.hpp"
int main()
{
    Init p;
    int fd=open(FILE,O_RDONLY);
    if(fd<0)
    {
        perror("open");
        exit(FIFO_OPEN_ERR);
    }
    while(true)
    {
        char buff[1024];
        int n=read(fd,buff,sizeof(buff));
        if(n>0)
        {
            buff[n]='\0';
            std::cout<<"client say#"<<buff<<std::endl;
        }
        else
        {
            break;
        }
    }
    close(fd);
    return 0;
}

以只读模式打开，并且打印在显示器上面，进程退出时，命名管道也会自动被删除。

运行结果：