linux环境进程间通信一 管道及有名管道Word格式文档下载.docx
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∙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，不同的内核版本可能会有所不同。
Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节，redhat7.2中为4096）。
关于管道的读规则验证：
/**************
*readtest.c*
**************/
main（）
{
intpipe_fd[2];
pid_tpid;
charr_buf[100];
charw_buf[4];
char*p_wbuf;
intr_num;
intcmd;
memset（r_buf,0,sizeof（r_buf））;
memset（w_buf,0,sizeof（r_buf））;
p_wbuf=w_buf;
if（pipe（pipe_fd）<
0）
{
printf（"
pipecreateerror\n"
）;
return-1;
}
if（（pid=fork（））==0）
\n"
close（pipe_fd[1]）;
sleep（3）;
//确保父进程关闭写端
r_num=read（pipe_fd[0],r_buf,100）;
printf（"
readnumis%dthedatareadfromthepipeis%d\n"
r_num,atoi（r_buf））;
close（pipe_fd[0]）;
exit（）;
elseif（pid>
close（pipe_fd[0]）;
//read
strcpy（w_buf,"
111"
if（write（pipe_fd[1],w_buf,4）!
=-1）
parentwriteover\n"
close（pipe_fd[1]）;
//write
parentclosefd[1]over\n"
sleep（10）;
}
}
/**************************************************
*程序输出结果：
*parentwriteover
*parentclosefd[1]over
*readnumis4thedatareadfromthepipeis111
*附加结论：
*管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止.
****************************************************/
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。
只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。
否则，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）。
对管道的写规则的验证1：
写端对读端存在的依赖性
charr_buf[4];
char*w_buf;
intwritenum;
sleep（10）;
sleep
（1）;
//等待子进程完成关闭读端的操作
w_buf="
;
if（（writenum=write（pipe_fd[1],w_buf,4））==-1）
writetopipeerror\n"
else
thebyteswritetopipeis%d\n"
writenum）;
则输出结果为：
Brokenpipe,原因就是该管道以及它的所有fork（）产物的读端都已经被关闭。
如果在父进程中保留读端，即在写完pipe后，再关闭父进程的读端，也会正常写入pipe，读者可自己验证一下该结论。
因此，在向管道写入数据时，至少应该存在某一个进程，其中管道读端没有被关闭，否则就会出现上述错误（管道断裂,进程收到了SIGPIPE信号，默认动作是进程终止）
对管道的写规则的验证2：
linux不保证写管道的原子性验证
main（intargc,char**argv）
charr_buf[4096];
charw_buf[4096*2];
intrnum;
while
（1）
{
sleep
（1）;
rnum=read（pipe_fd[0],r_buf,1000）;
child:
readnumis%d\n"
rnum）;
}
if（（writenum=write（pipe_fd[1],w_buf,1024））==-1）
writenum=write（pipe_fd[1],w_buf,4096）;
输出结果：
thebyteswritetopipe1000
thebyteswritetopipe1000//注意，此行输出说明了写入的非原子性
thebyteswritetopipe120//注意，此行输出说明了写入的非原子性
thebyteswritetopipe0
......
结论：
写入数目小于4096时写入是非原子的！
如果把父进程中的两次写入字节数都改为5000，则很容易得出下面结论：
写入管道的数据量大于4096字节时，缓冲区的空闲空间将被写入数据（补齐），直到写完所有数据为止，如果没有进程读数据，则一直阻塞。
1.4管道应用实例：
实例一：
用于shell
管道可用于输入输出重定向，它将一个命令的输出直接定向到另一个命令的输入。
比如，当在某个shell程序（Bourneshell或Cshell等）键入who│wc-l后，相应shell程序将创建who以及wc两个进程和这两个进程间的管道。
考虑下面的命令行：
$kill-l运行结果见附一。
$kill-l|grepSIGRTMIN运行结果如下：
30）SIGPWR31）SIGSYS32）SIGRTMIN33）SIGRTMIN+1
34）SIGRTMIN+235）SIGRTMIN+336）SIGRTMIN+437）SIGRTMIN+5
38）SIGRTMIN+639）SIGRTMIN+740）SIGRTMIN+841）SIGRTMIN+9
42）SIGRTMIN+1043）SIGRTMIN+1144）SIGRTMIN+1245）SIGRTMIN+13
46）SIGRTMIN+1447）SIGRTMIN+1548）SIGRTMAX-1549）SIGRTMAX-14
实例二：
用于具有亲缘关系的进程间通信
下面例子给出了管道的具体应用，父进程通过管道发送一些命令给子进程，子进程解析命令，并根据命令作相应处理。
char**w_buf[256];
intchildexit=0;
inti;
//子进程：
解析从管道中获取的命令，并作相应的处理
sleep
（2）;
while（!
childexit）
{
read（pipe_fd[0],r_buf,4）;
cmd=atoi（r_buf）;
if（cmd==0）
{
printf（"
receivecommandfromparentover\nnowchildprocessexit\n"
childexit=1;
}
elseif（handle_cmd（cmd）!
=0）
return;
sleep
（1）;
//parent:
sendcommandstochild
w_buf[0]="
003"
w_buf[1]="
005"
w_buf[2]="
777"
w_buf[3]="
000"
for（i=0;
i<
4;
i++）
write（pipe_fd[1],w_buf[i],4）;
//下面是子进程的命令处理函数（特定于应用）：
inthandle_cmd（intcmd）
if（（cmd<
0）||（cmd>
256））
//supposechildonlysupport256commands
printf（"
invalidcommand\n"
return-1;
thecmdfromparentis%d\n"
cmd）;
return0;
1.5管道的局限性
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；
2、有名管道概述及相关API应用
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（namedpipe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（firstinfirstout），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
intmkfifo（constchar*pathname,mode_tmode）
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
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）。
对打开规则的验证参见附2。
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。
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：
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：
在写满所有FIFO空闲缓冲区后，写操作返回。
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；
对FIFO读写规则的验证：
下面提供了两个对FIFO的读写程序，适当调节程序中的很少地方或者程序的命令行参数就可以对各种FIFO读写规则进行验证。
程序1：
写FIFO的程序
#defineFIFO_SERVER"
/tmp/fifoserver"
main（intargc,char**argv）
//参数为即将写入的字节数
intfd;
intreal_wnum;
memset（w_buf,0,4096*2）;
if（（mkfifo（FIFO_SERVER,O_CREAT|O_EXCL）<
0）&
&
（errno!
=EEXIST））
cannotcreatefifoserver\n"
if（fd==-1）
if（errno==ENXIO）
printf（"
openerror;
noreadingprocess\n"
fd=open（FIFO_SERVER,O_WRONLY|O_NONBLOCK,0）;
//设置非阻塞标志
//fd=open（FIFO_SERVER,O_WRONLY,0）;
//设置阻塞标志
real_wnum=write（fd,w_buf,2048）;
if（real_wnum==-1）
if（errno==EAGAIN）
writetofifoerror;
trylater\n"
realwritenumis%d\n"
real_wnum）;
real_wnum=write（fd,w_buf,5000）;
//5000用于测试写入字节大于4096时的非原子性
//real_wnum=write（fd,w_buf,4096）;
//4096用于测试写入字节不大于4096时的原子性
trylater\n"
程序2：
与程序1一起测试写FIFO的规则，第一个命令行参数是请求从FIFO读出的字节数
charr_buf[4096*2];
intr_size;
intret_size;
r_size=atoi（argv[1]）;
requredrealreadbytes%d\n"
r_size）;
fd=open（FIFO_SERVER,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0）;
//fd=open（FIFO_SERVER,O_RDONLY,0）;
//在此处可以把读程序编译成两个不同版本：
阻塞版本及非阻塞版本
open%sforreaderror\n"
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