linux IPC总结——管道

管道

管道是unix ipc的最古老形式，是一种在内存中的特殊文件，只能在具有公共祖先的进程之间使用（即父子进程，兄弟进程）。

管道由pipe函数创建

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2])

fd[1]写，fd[0]读。

单个进程的管道几乎没有任何用处，通常，调用pipe的进程接着调用fork，这样就创建了父子进程间的管道。

#include <unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

int main()
{
    int fd[2];
    char buf[80];
    pid_t pid;
    pipe(fd);
    pid = fork();
    if(pid>0)
    {//父进程
        printf("Father thread\n");
        char s[]="Hello\n";
        write(fd[1],s,sizeof(s));
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
    }
    else if(pid==0)
    {
        printf("Child Thread\n");
        read(fd[0],buf,sizeof(buf));
        printf("%s\n",buf);
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
    }
    waitpid(pid,NULL,0);//等待子进程结束
    return 0;
}

输出结果：

Father thread
Child Thread
Hello

当管道的一端关闭时：

　　当读一个写端关闭的管道时，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；

　　当写一个读端关闭的管道时，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序可以处理该信号，也可以忽略（默认动作则　　　　　　      是应用程序终止）。

从管道中读取数据：

当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。注：PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义。

向管道中写入数据：

向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。

管道因为没有名字所以只能用于具有亲缘关系的进程，而有名管道（FIFO）则克服了这个限制。

FIFO

创建函数如下

 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>

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

第一个参数是一个普通的路径名，即为FIFO的名字。第二个参数设置权限，跟创建普通文件一样。

FIFO的读写也像普通文件一样，不过需要读写端都打开，具体规则如下：

当打开(open)时：

若没有设置O_NONBLOCK，只读open要阻塞到其它进程为写而打开FIFO。类似地，只写open要阻塞到其它进程为读而打开FIFO。

如果设置了O_NONBLOCK，则只读open立即返回，若没有其它进程为写而打开FIFO，则返回-1。

用FIFO模拟生产者消费者问题：

fifo2.cpp:

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include<limits.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define FIFO "/tmp/myfifo"
#define BUF_SIZE PIPE_BUF
#define SEND_MAX (1024*1024*10)
using namespace std;

int main()
{
    int pid,fifo_fd;
    int send_num;
    char *buf[BUF_SIZE+1];
    if(-1 == access(FIFO,F_OK))
    {
        int res = mkfifo(FIFO,0777);
        if(res != 0)
        {
            fprintf(stderr,"can‘t create fifo in %s",FIFO);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    fifo_fd = open(FIFO,O_WRONLY);
    printf("process %d open fifo %d\r\n",getpid(),fifo_fd);
    if(fifo_fd == -1)
        exit(EXIT_FAILURE);
    int res;
    while(send_num<SEND_MAX)
    {
        res = write(fifo_fd,buf,BUF_SIZE);
        if(res == -1)
        {
            cout<<"write fifo error"<<endl;
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        send_num += res;
    }
    return 0;
}

fifo3.cpp

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include<limits.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define FIFO "/tmp/myfifo"
#define BUF_SIZE PIPE_BUF
#define SEND_MAX (1024*1024*10)
using namespace std;

int main()
{
    int fifo_fd;
    int res;
    char buffer[BUF_SIZE+1];
    int read_num = 0;

    fifo_fd = open(FIFO,O_RDONLY);
    printf("process %d open FIFO %d\r\n",getpid(),fifo_fd);
    if(fifo_fd == -1)
        exit(EXIT_FAILURE);
    do{
        res = read(fifo_fd,buffer,BUF_SIZE);
        read_num += res;
    }while(res>0);
    close(fifo_fd);
    return 0;
}

结果如下：

可见读进程运行0.013s就读取了10m的数据，FIFO的效率还是很高的。