linux系統(tǒng)是一種支持多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的操作系統(tǒng)，它可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，從而提高系統(tǒng)的利用率和效率。但是，如果這些進(jìn)程之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)作，就需要使用一些進(jìn)程間通信（ipc）的方式，例如信號(hào)、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、信號(hào)量等。其中，有名管道（fifo）是一種比較簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的ipc方式，它可以讓兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程通過(guò)一個(gè)文件來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)需關(guān)心文件的內(nèi)容和格式。本文將介紹linux系統(tǒng)中的有名管道（fifo）的方法，包括有名管道的創(chuàng)建、打開(kāi)、讀寫、關(guān)閉和刪除等方面。

無(wú)名管道應(yīng)用的一個(gè)重大限制是它沒(méi)有名字，因此，只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信，在有名管道（named pipe或FIFO）提出后，該限制得到了克服。FIFO不同于管道之處在于它提供一個(gè)路徑名與之關(guān)聯(lián)，以FIFO的文件形式存在于文件系統(tǒng)中。這樣，即使與FIFO的創(chuàng)建進(jìn)程不存在親緣關(guān)系的進(jìn)程，只要可以訪問(wèn)該路徑，就能夠彼此通過(guò)FIFO相互通信（能夠訪問(wèn)該路徑的進(jìn)程以及FIFO的創(chuàng)建進(jìn)程之間），因此，通過(guò)FIFO不相關(guān)的進(jìn)程也能交換數(shù)據(jù)。值得注意的是，F(xiàn)IFO嚴(yán)格遵循先進(jìn)先出（first in first out），對(duì)管道及FIFO的讀總是從開(kāi)始處返回?cái)?shù)據(jù)，對(duì)它們的寫則把數(shù)據(jù)添加到末尾。它們不支持諸如lseek()等文件定位操作。
管道的緩沖區(qū)是有限的（管道制存在于內(nèi)存中，在管道創(chuàng)建時(shí)，為緩沖區(qū)分配一個(gè)頁(yè)面大?。?br> 管道所傳送的是無(wú)格式字節(jié)流，這就要求管道的讀出方和寫入方必須事先約定好數(shù)據(jù)的格式，比如多少字節(jié)算作一個(gè)消息（或命令、或記錄）等等

FIFO往往都是多個(gè)寫進(jìn)程，一個(gè)讀進(jìn)程。

FIFO的打開(kāi)規(guī)則：

1. 如果當(dāng)前打開(kāi)操作是為讀而打開(kāi)FIFO時(shí)，若已經(jīng)有相應(yīng)進(jìn)程為寫而打開(kāi)該FIFO，則當(dāng)前打開(kāi)操作將成功返回；否則，可能阻塞直到有相應(yīng)進(jìn)程為寫而打開(kāi)該FIFO（當(dāng)前打開(kāi)操作設(shè)置了阻塞標(biāo)志）；或者，成功返回（當(dāng)前打開(kāi)操作沒(méi)有設(shè)置阻塞標(biāo)志）。
2. 如果當(dāng)前打開(kāi)操作是為寫而打開(kāi)FIFO時(shí)，如果已經(jīng)有相應(yīng)進(jìn)程為讀而打開(kāi)該FIFO，則當(dāng)前打開(kāi)操作將成功返回；否則，可能阻塞直到有相應(yīng)進(jìn)程為讀而打開(kāi)該FIFO（當(dāng)前打開(kāi)操作設(shè)置了阻塞標(biāo)志）；或者，返回ENXIO錯(cuò)誤（當(dāng)前打開(kāi)操作沒(méi)有設(shè)置阻塞標(biāo)志）。

總之就是一句話，一旦設(shè)置了阻塞標(biāo)志，調(diào)用mkfifo建立好之后，那么管道的兩端讀寫必須分別打開(kāi)，有任何一方未打開(kāi)，則在調(diào)用open的時(shí)候就阻塞。

從FIFO中讀取數(shù)據(jù)：

約定：如果一個(gè)進(jìn)程為了從FIFO中讀取數(shù)據(jù)而阻塞打開(kāi)FIFO，那么稱該進(jìn)程內(nèi)的讀操作為設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作。（意思就是我現(xiàn)在要打開(kāi)一個(gè)有名管道來(lái)讀數(shù)據(jù)！）

如果有進(jìn)程寫打開(kāi)FIFO，且當(dāng)前FIFO內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)(可以理解為管道的兩端都建立好了，但是寫端還沒(méi)開(kāi)始寫數(shù)據(jù)！)

1. 則對(duì)于設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作來(lái)說(shuō)，將一直阻塞（就是block住了，等待數(shù)據(jù)。它并不消耗CPU資源，這種進(jìn)程的同步方式對(duì)CPU而言是非常有效率的。）
2. 對(duì)于沒(méi)有設(shè)置阻塞標(biāo)志讀操作來(lái)說(shuō)則返回-1，當(dāng)前errno值為EAGAIN，提醒以后再試。

對(duì)于設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作說(shuō)（見(jiàn)上面的約定）
造成阻塞的原因有兩種

1. FIFO內(nèi)有數(shù)據(jù)，但有其它進(jìn)程在讀這些數(shù)據(jù)
2. FIFO內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)。解阻塞的原因則是FIFO中有新的數(shù)據(jù)寫入，不論信寫入數(shù)據(jù)量的大小，也不論讀操作請(qǐng)求多少數(shù)據(jù)量。

讀打開(kāi)的阻塞標(biāo)志只對(duì)本進(jìn)程第一個(gè)讀操作施加作用，如果本進(jìn)程內(nèi)有多個(gè)讀操作序列，則在第一個(gè)讀操作被喚醒并完成讀操作后，其它將要執(zhí)行的讀操作將不再阻塞，即使在執(zhí)行讀操作時(shí)，F(xiàn)IFO中沒(méi)有數(shù)據(jù)也一樣,此時(shí)，讀操作返回0。

有道小P

有道小P，新一代AI全科學(xué)習(xí)助手，在學(xué)習(xí)中遇到任何問(wèn)題都可以問(wèn)我。

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注：如果FIFO中有數(shù)據(jù)，則設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作不會(huì)因?yàn)镕IFO中的字節(jié)數(shù)小于請(qǐng)求讀的字節(jié)數(shù)而阻塞，此時(shí)，讀操作會(huì)返回FIFO中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)量。

向FIFO中寫入數(shù)據(jù)：

約定：如果一個(gè)進(jìn)程為了向FIFO中寫入數(shù)據(jù)而阻塞打開(kāi)FIFO，那么稱該進(jìn)程內(nèi)的寫操作為設(shè)置了阻塞標(biāo)志的寫操作。

對(duì)于設(shè)置了阻塞標(biāo)志的寫操作：

1. 當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量不大于PIPE_BUF時(shí)，linux將保證寫入的原子性。如果此時(shí)管道空閑緩沖區(qū)不足以容納要寫入的字節(jié)數(shù)，則進(jìn)入睡眠，直到當(dāng)緩沖區(qū)中能夠容納要寫入的字節(jié)數(shù)時(shí)，才開(kāi)始進(jìn)行一次性寫操作。（PIPE_BUF ==>> /usr/include/linux/limits.h）
2. 當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量大于PIPE_BUF時(shí)，linux將不再保證寫入的原子性。FIFO緩沖區(qū)一有空閑區(qū)域，寫進(jìn)程就會(huì)試圖向管道寫入數(shù)據(jù)，寫操作在寫完所有請(qǐng)求寫的數(shù)據(jù)后返回。

對(duì)于沒(méi)有設(shè)置阻塞標(biāo)志的寫操作：

1. 當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量大于PIPE_BUF時(shí)，linux將不再保證寫入的原子性。在寫滿所有FIFO空閑緩沖區(qū)后，寫操作返回。
2. 當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量不大于PIPE_BUF時(shí)，linux將保證寫入的原子性。如果當(dāng)前FIFO空閑緩沖區(qū)能夠容納請(qǐng)求寫入的字節(jié)數(shù)，寫完后成功返回；如果當(dāng)前FIFO空閑緩沖區(qū)不能夠容納請(qǐng)求寫入的字節(jié)數(shù)，則返回EAGAIN錯(cuò)誤，提醒以后再寫；

簡(jiǎn)單描述下上面設(shè)置了阻塞標(biāo)志的邏輯
設(shè)置了阻塞標(biāo)志

if?(buf_to_write?then
?if?(?buf_to_write?>?system_buf_left?)?//保證寫入的原子性,要么一次性把buf_to_write全都寫完，要么一個(gè)字節(jié)都不寫！
?then
??block?;
??until?(?buf_to_write?else
??write?;
?fi
else
?write?;?//不管怎樣，就是不斷寫，知道把緩沖區(qū)寫滿了才阻塞
fi

管道寫端 pipe_read.c

/pipe_read.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#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);
}

管道讀端 pipe_write.c

//pipe_write.c

#include???
#include???
#include???
#include???
#include???
#include???
#include???
??
#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_NAME,?0777);??
????????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?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);??
}

本文介紹了linux系統(tǒng)中的有名管道（FIFO）的方法，包括有名管道的創(chuàng)建、打開(kāi)、讀寫、關(guān)閉和刪除等方面。通過(guò)了解和掌握這些知識(shí)，我們可以更好地使用有名管道（FIFO）來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。當(dāng)然，linux系統(tǒng)中的有名管道（FIFO）還有很多其他的特性和用法，需要我們不斷地學(xué)習(xí)和探索。希望本文能給你帶來(lái)一些啟發(fā)和幫助。

以上就是linux系統(tǒng)中的有名管道（FIFO）的詳細(xì)內(nèi)容，更多請(qǐng)關(guān)注php中文網(wǎng)其它相關(guān)文章！