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linux 有名管道(FIFO)

时间:2017-12-08 01:30:47      阅读:15      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:base   size   out   定位   linux   存在   空闲   因此   linu   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

无名管道应用的一个重大限制是它没有名字,因此,只能用于具有亲缘关系的进程间通信,在有名管道(named pipe或FIFO)提出后,该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联,以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样,即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程,只要可以访问该路径,就能够彼此通过FIFO相互通信(能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间),因此,通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是,FIFO严格遵循先进先出(first in first out),对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据,对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。
管道的缓冲区是有限的(管道制存在于内存中,在管道创建时,为缓冲区分配一个页面大小)
管道所传送的是无格式字节流,这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式,比如多少字节算作一个消息(或命令、或记录)等等

FIFO往往都是多个写进程,一个读进程。可以参考我之前的博客http://blog.csdn.net/firefoxbug/article/details/7358715

FIFO的打开规则:

  1. 如果当前打开操作是为读而打开FIFO时,若已经有相应进程为写而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,成功返回(当前打开操作没有设置阻塞标志)。
  2. 如果当前打开操作是为写而打开FIFO时,如果已经有相应进程为读而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,返回ENXIO错误(当前打开操作没有设置阻塞标志)。

总之就是一句话,一旦设置了阻塞标志,调用mkfifo建立好之后,那么管道的两端读写必须分别打开,有任何一方未打开,则在调用open的时候就阻塞。

从FIFO中读取数据:

约定:如果一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作。(意思就是我现在要打开一个有名管道来读数据!)

如果有进程写打开FIFO,且当前FIFO内没有数据(可以理解为管道的两端都建立好了,但是写端还没开始写数据!)

  1. 则对于设置了阻塞标志的读操作来说,将一直阻塞(就是block住了,等待数据。它并不消耗CPU资源,这种进程的同步方式对CPU而言是非常有效率的。)
  2. 对于没有设置阻塞标志读操作来说则返回-1,当前errno值为EAGAIN,提醒以后再试。

对于设置了阻塞标志的读操作说(见上面的约定)
造成阻塞的原因有两种

  1. FIFO内有数据,但有其它进程在读这些数据(对于各个读进程而言,这根有名管道是临界资源,大家得互相谦让,不能一起用。)
  2. FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入,不论信写入数据量的大小,也不论读操作请求多少数据量。

读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用,如果本进程内有多个读操作序列,则在第一个读操作被唤醒并完成读操作后,其它将要执行的读操作将不再阻塞,即使在执行读操作时,FIFO中没有数据也一样,此时,读操作返回0。

注:如果FIFO中有数据,则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞,此时,读操作会返回FIFO中现有的数据量。

向FIFO中写入数据:

约定:如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作。(意思就是我现在要打开一个有名管道来写数据!)

对于设置了阻塞标志的写操作:

  1. 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数,则进入睡眠,直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时,才开始进行一次性写操作。(PIPE_BUF ==>> /usr/include/linux/limits.h)
  2. 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域,写进程就会试图向管道写入数据,写操作在写完所有请求写的数据后返回。

对于没有设置阻塞标志的写操作:

  1. 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后,写操作返回。
  2. 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数,写完后成功返回;如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数,则返回EAGAIN错误,提醒以后再写;

简单描述下上面设置了阻塞标志的逻辑
设置了阻塞标志

 

if (buf_to_write <=  PIPE_BUF) 		//写入的数据量不大于PIPE_BUF时
then
	if ( buf_to_write > system_buf_left )	//保证写入的原子性,要么一次性把buf_to_write全都写完,要么一个字节都不写!
	then
		block ;
		until ( buf_to_write <= system_buf_left );
		goto write ;
	else
		write ;
	fi
else
	write ; //不管怎样,就是不断写,知道把缓冲区写满了才阻塞
fi

管道写端 pipe_read.c

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//pipe_read.c

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <limits.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
  
#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"  
#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF  
  
int main()  
{  
    int pipe_fd;  
    int res;  
  
    int open_mode = O_RDONLY;  
    char buffer[BUFFER_SIZE 1];  
    int bytes 0;  
  
    memset(buffer\0‘sizeof(buffer));  
  
    printf("Process %d opeining FIFO O_RDONLY\n", getpid());  
    pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);  
    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);  
  
    if (pipe_fd != -1)  
    {  
        do{  
            res = read(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);  
            bytes += res;  
        printf("%d\n",bytes);
        }while(res 0);  
        close(pipe_fd);  
    }  
    else  
    {  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    printf("Process %d finished, %d bytes read\n", getpid(), bytes);  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}

管道读端 pipe_write.c

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//pipe_write.c

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <limits.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
  
#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"  
#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF  
#define TEN_MEG (1024 * 100)  
  
int main()  
{  
    int pipe_fd;  
    int res;  
    int open_mode = O_WRONLY;  
  
    int bytes 0;  
    char buffer[BUFFER_SIZE 1];  
  
    if (access(FIFO_NAME, F_OK== -1)  
    {  
        res = mkfifo(FIFO_NAME0777);  
        if (res != 0)  
        {  
            fprintf(stderr"Could not create fifo %s\n", FIFO_NAME);  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
    }  
  
    printf("Process %d opening FIFO O_WRONLY\n", getpid());  
    pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);  
    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);  
  
   //sleep(20);
    if (pipe_fd != -1)  
    {  
        while (bytes < TEN_MEG)  
        {  
            res = write(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);  
            if (res == -1)  
            {  
                fprintf(stderr"Write error on pipe\n");  
                exit(EXIT_FAILURE);  
            }  
            bytes += res;  
        printf("%d\n",bytes);
        }  
        close(pipe_fd);  
    }  
    else  
    {  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    printf("Process %d finish\n", getpid());  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}

linux 有名管道(FIFO)

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