管道与命名管道（FIFO文件）

时间：2010-06-29 来源：marvinlee

管道是内核中的一个单向的数据通道，同时也是一个数据队列。具有一个读取端与一个写入端，每一端对应着一个文件描述符。通过使用pipe系统调用创建管道。当父进程调用fork时，所有的连接、文件描述符都会从父进程传递给子进程。只有有共同父进程的进程之间才可以用管道连接。

管道类似于文件，但又与文件不同。
相同：都是不带有任何结构的字节序列
不同：

从管道中读取数据

    管道读取阻塞：
                   当进程试图从管道中读取数据时，进程被挂起直到数据被写进管道。

    管道的读取结束标志：
                   当所有的写者关闭了管道的写数据端时，试图从管道读取数据的调用
                   返回0，这意味着文件的结束。

    多个读者可能会引起麻烦：
                   管道是一个队列。当进程从管道总读取数据之后，数据已经不存在了。
                   当两个进程同时对一个管道进行读取时，要注意数据的完整性。

向管道中写数据

写入的数据阻塞直到管道有空间去容纳新的数据。
若无读者在读取数据，则写操作失败。

命名管道即FIFO文件，通过命名管道可以在不相关的进程之间交换数据。FIFO有路径名与之相关联，以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中

FIFO有两种用途：

（1）FIFO由shell使用以便数据从一条管道线传输到另一条，为此无需创建临时文件。
（2）FIFO用于客户进程-服务器进程程序中，已在客户进程与服务器进程之间传送数据。

FIFO的读写规则：

从FIFO中读取数据：

1.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的读操作来说则返回-1，当前errno值为EAGAIN，提醒以后再试。

2.对于设置了阻塞标志的读操作来说，造成阻塞的原因有两种：一种是当前FIFO内有数据，但有其它进程
再读这些数据；另一种是FIFO内没有数据，阻塞原因是FIFO中有新的数据写入，而不论新写入数据量的
大小，也不论读操作请求多少数据量。

3.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，其他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）

4.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

5.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：

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，知道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

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。再写满所有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

FIFO的一些注意问题：

（1）管道数据的FIFO处理方式

首先放入管道的数据，在端口首先被读出

（2）管道数据的不可再现性

已读取的数据在管道里消失，不能再读

（3）管道长度的有限性

（4）SIGPIPE信号如果一个进程试图写入到一个没有读取到进程的管道中哦你，系统内核产生SIGPIPE信号

实例1 ：

#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#define FIFO "/tmp/my_fifo"
main(int argc,char ** argv){
    char buf_r[100];
    int fd;
    int nread;
    if((mkfifo(FIFO,O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST))        //O_EXCL:可执行
        printf("cannot create FIFOserver\n");
    printf("Preparing for reading bytes...\n");
    memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));
    fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);        //O_RDONLY:只读，O_NONBLOCK:非阻塞
    if(fd==-1){
        perror("open");
        exit(1);
    }
    while(1){
        memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));
        if((nread=read(fd,buf_r,100))==-1){
            if(errno==EAGAIN)
                printf("no data yet\n");
        }
        printf("read %s from FIFO\n",buf_r);
        sleep(1);
    }
    pause();
    unlink(FIFO);
}