linux c编程：FIFO

前面介绍的pipe属于匿名管道

管道的主要局限性正体现在它的特点上：

只支持单向数据流；
只能用于具有亲缘关系的进程之间；
没有名字；
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；

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，是一种特殊类型的文件。

二，命名管道FIFO。

2.1 有名管道相关的关键概念

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。

2.2有名管道的创建

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：

$ mkfifo filename

命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，如果确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO，如close、read、write等等。

2.3有名管道的打开规则（与匿名管道一样）

FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同，一量这些工作完成之后，它们具有相同的语义。

man帮助说明：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。

有名管道比管道多了一个打开操作：open。

FIFO的打开规则：

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）。

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）。

2.4有名管道的读写规则

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。

如果有进程写打开FIFO，且当前FIFO内没有数据，则对于设置了阻塞标志的读操作来说，将一直阻塞。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，造成阻塞的原因有两种：当前FIFO内有数据，但有其它进程在读这些数据；另外就是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）。
如果没有进程写打开FIFO，则设置了阻塞标志的读操作会阻塞。

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。

对于设置了阻塞标志的写操作：

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。
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：

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。
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；

来看一个具体的实现：

write的函数：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/types.h>

#include <fcntl.h>

int main(int argc, char **argv)

{

int infd;

int fd;

char buf[1024*4];

int n = 0;

char *path="/home/zhf/c_prj/test.c";

char *path1="/home/zhf/c_prj/tmpfifo";

infd = open(path,O_RDONLY);

if(infd == -1){

perror("open error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

if(mkfifo(path1,0644) == -1){

perror("mkfifo error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

fd = open(path1,O_WRONLY);

if(fd == -1){

perror("open fifo error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

while((n = read(infd,buf,1024*4))){

write(fd,buf,n);

}

close(infd);

close(fd);

printf("write success\n");

return 0;

}

read的函数：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/types.h>

#include <fcntl.h>

int main(int argc, char **argv)

{

int outfd;

int fd;

char buf[1024*4];

int n = 0;

char *path="/home/zhf/c_prj/tmp.txt";

char *path1="/home/zhf/c_prj/tmpfifo";

outfd = open(path,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC);

if(outfd == -1){

perror("open error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

fd = open(path1,O_RDONLY);

if(fd == -1){

perror("open fifo error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

while((n = read(fd,buf,1024*4))){

write(outfd,buf,n);

}

close(outfd);

close(fd);

printf("read success\n");

return 0;

}

运行步骤：

1 首先在write函数中打开/home/zhf/c_prj/test.c文件并且建立tmpfifo文件。以写的方式打开FIFO文件

2 从test.c中读取数据存入buf数组中，并继续写入tmpfifo文件中

3 在read函数中打开/home/zhf/c_prj/tmp.txt以及tmpfifo文件，以读的方式打开FIFO文件。并将FIFO文件的数据写入tmp.txt中

运行结果