【Linux】第三十二站：命名管道

一、命名管道介绍

管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。

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。

命名管道是一种特殊类型的文件

我们可以直接使用下面的命令去创建命名管道

mkfifo myfifo

它的文件类型是以p开头的，也就是命名管道

其实这个myfifo命名管道文件，它在磁盘中并没有数据，它更多的只是一种符号

如下所示

当我们左侧将内容输入到管道的时候，左侧会先进入阻塞。直到右侧使用cat拿到数据以后，左侧才会结束

首先这两个指令是两个进程，这两个进程是毫无关系，但是他们是可以利用这个命名管道进行通信的

也可以看到，在写入的过程中，命名管道的大小一直是0

我们也知道，如果两个不同的进程，打开同一个文件的时候，在内核中，操作系统也是打开一个文件，还是我们前面的这一套

所以：

进程间通信的前提：先让不同的进程看到同一份资源

现在我们的这个管道文件其实就是一个内存级文件，它是不需要刷盘的！

那么我们怎么保证我们两个进程打开的是同一个文件呢?

只要同路径下的同一个文件名即可–>路径 + 文件名具有唯一性

二、编码

1.mkfifo

如下所示

上面的函数可以去创建一个管道文件，第一个参数是路径，第二个是管道的权限是什么，如果成功是0，否则返回-1

如下代码所示

2.unlink

如果我们想要删除一个文件我们可以使用unlink接口

如果成功,返回，如果失败返回-1

如下代码所示

我们可以先编译运行一下，我们会发现会先报错说管道文件已经存在，这是正常的，因为我们之前的并没有删除掉

当我们将原来的管道删除以后，重新运行，就可以看到了

3.一个简单的例子

#pragma once
#include <iostream>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string>
#define FIFO_FILE "./myfifo"
#define MODE 0664

enum 
{
    FIFO_CREATE_ERR = 1,
    FIFO_DELETE_ERR,
    FIFO_OPEN_ERR
    
};

using namespace std;
#include "comm.hpp"

int main()
{
    int fd = open(FIFO_FILE,O_WRONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("clinet open file fail...");
        exit(FIFO_OPEN_ERR);
    }
    cout << "client open success" <<endl;
    string line;
    while(1)
    {
        cout << "Please Enter@ ";
        getline(cin,line);
        write(fd, line.c_str(), line.size());
    }

    close(fd);
    cout << "客户端关闭啦！..." << endl;
    return 0;
}

#include "comm.hpp"
using namespace std;

int main()
{
    //创建一个管道
    int n = mkfifo(FIFO_FILE, MODE);
    if(n == -1) 
    {
        perror("mkfifo");
        exit(FIFO_CREATE_ERR);
    }
    //开始通信
    int fd = open(FIFO_FILE,O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open:");
        exit(FIFO_OPEN_ERR);
    }
    cout <<"server open file sueccess" <<endl;

    while(1)
    {
        char buffer[1024] = {0}; 
        ssize_t x = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if(x > 0)
        {
            buffer[x] = 0;
            cout << "服务器收到客户端发送的消息："<< buffer <<endl;

        }
        else if(x == 0)
        {
            cout << "客户端关闭，服务器关闭" << endl;
            break;
        }
        else 
        {
            break;
        }
    }
    close(fd);
    //关闭信道
    int m = unlink(FIFO_FILE);
    if(m == -1)
    {
        perror("unlink:");
        exit(FIFO_DELETE_ERR);
    }

    return 0;
}

如上代码所示，最终的运行结果为

当我们先打开服务端的时候，我们发现服务端创建了管道，但是并没有打印出server open file success，这说明open处阻塞了

当我们一旦打开了客户端，服务端和客户端几乎同时打开成功。这说明，命名管道文件需要写端和读端都打开的时候才可以，否则只打开其中一个会进入阻塞。我们可以理解为这是为了防止只打开读端，不打开写端的管道会出现读入0的情况。只打开写端，不打开读端会杀掉写端的进程

然后就可以通信了

最终我们我们关闭客户端的同时，由于关闭了写端，但是读端没有关闭，就会读入0，最终服务端的代码逻辑会检测到这个0，从而结束进程

同样的，如果我们先关闭了服务端，那么就会杀掉客户端的进程

4.修改

我们现在对上面的代码进行一下小小的修改，使代码变得更加优雅

如下所示，我们让创建管道和销毁管道变成一个类，这样的话，就不需要我们自己去手动控制了

#pragma once
#include <iostream>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string>
#define FIFO_FILE "./myfifo"
#define MODE 0664

enum 
{
    FIFO_CREATE_ERR = 1,
    FIFO_DELETE_ERR,
    FIFO_OPEN_ERR
    
};

class Init
{
public:
    Init()
    {
        //创建一个管道
        int n = mkfifo(FIFO_FILE, MODE);
        if(n == -1) 
        {
            perror("mkfifo");
            exit(FIFO_CREATE_ERR);
        }
    }
    ~Init()
    {
        //关闭信道
        int m = unlink(FIFO_FILE);
        if(m == -1)
        {
            perror("unlink:");
            exit(FIFO_DELETE_ERR);
        }
    }

};

客户端还是不变的

using namespace std;
#include "comm.hpp"

int main()
{
    int fd = open(FIFO_FILE,O_WRONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("clinet open file fail...");
        exit(FIFO_OPEN_ERR);
    }
    cout << "client open success" <<endl;
    string line;
    while(1)
    {
        cout << "Please Enter@ ";
        getline(cin,line);
        write(fd, line.c_str(), line.size());
    }

    close(fd);
    cout << "客户端关闭啦！..." << endl;
    return 0;
}

下面是服务端，就可以通过一个变量的定义来控制前面的创建管道和关闭管道了

#include "comm.hpp"
using namespace std;

int main()
{
    Init in;
    //开始通信
    int fd = open(FIFO_FILE,O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open:");
        exit(FIFO_OPEN_ERR);
    }
    cout <<"server open file sueccess" <<endl;

    while(1)
    {
        char buffer[1024] = {0}; 
        ssize_t x = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if(x > 0)
        {
            buffer[x] = 0;
            cout << "服务器收到客户端发送的消息："<< buffer <<endl;

        }
        else if(x == 0)
        {
            cout << "客户端关闭，服务器关闭" << endl;
            break;
        }
        else 
        {
            break;
        }
    }
    close(fd);
    return 0;
}