【Linux笔记】进程间通信——命名管道
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- 一、命名管道简介
- 二、命名管道的一些特性
- 命名管道的创建
- 匿名管道与命名管道的区别
- 命名管道的打开规则
- 基于命名管道进程间通信的demo代码
一、命名管道简介
命名管道是一种特殊的文件类型，它在文件系统中有一个名字，就像普通文件一样，但它的作用不是存储数据，而是用于进程间通信。与匿名管道不同，命名管道可以在不相关的进程之间进行通信，并且可以跨越不同的主机（在支持网络命名管道的系统中）。
特点
- 半双工或全双工：命名管道可以配置为半双工或全双工模式。在半双工模式下，数据可以在两个方向上传输，但不能同时进行；在全双工模式下，数据可以同时在两个方向上传输，这使得通信更加灵活，能满足不同应用场景的需求。
- 面向字节流：命名管道以字节流的形式传输数据，这意味着发送方写入管道的数据会以连续的字节序列被接收方读取，没有固定的消息边界。接收方需要自己根据应用层的协议来解析数据。
- 同步或异步操作：对命名管道的读写操作可以是同步的，也可以是异步的。同步操作会阻塞进程，直到操作完成；异步操作则允许进程在操作进行的同时继续执行其他任务，提高了程序的并发性能。
工作原理
当一个进程打开命名管道进行写入时，操作系统会为该管道分配一个缓冲区。进程将数据写入缓冲区，然后操作系统负责将数据传递给连接到该管道的读取进程。如果管道缓冲区已满，写入进程可能会被阻塞，直到有空间可用。
读取进程从管道中读取数据时，会从缓冲区中获取数据。如果缓冲区中没有数据，读取进程可能会阻塞，直到有数据可供读取。
优缺点
- 优点：使用命名管道进行进程间通信相对简单，不需要复杂的网络编程知识。它提供了一种可靠的通信机制，保证数据的顺序性和完整性。此外，命名管道可以在不同的操作系统平台上使用，具有较好的跨平台性。
- 缺点：命名管道的性能可能不如其他一些高性能的通信机制，如共享内存。在处理大量数据时，可能会存在一定的性能瓶颈。另外，命名管道的通信是基于字节流的，需要应用程序自己处理数据的解析和格式转换，增加了编程的复杂性。
二、命名管道的一些特性
命名管道的创建
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
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
创建命名管道:
int main(int argc, char *argv[])
{
mkfifo("p2", 0644);
return 0;
}
匿名管道与命名管道的区别
匿名管道由pipe函数创建并打开。命名管道由mkfifo函数创建，打开用open。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，一但这些工作完成之后，它们具有相同的语义。
命名管道的打开规则
如果当前打开操作是为读而打开FIFO时
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻返回成功
如果当前打开操作是为写而打开FIFO时
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO
基于命名管道进程间通信的demo代码
通过命名管道，客户端进行写操作，服务端进行读操作
comm.hpp主逻辑的实现
#pragma once
#include class NamedFifo
{
public:
NamedFifo(const string& path,const string& name)
:_path(path)
,_name(name)
{
_fifoname=_path+"/"+_name;
//创建管道
umask(0);
int n=mkfifo(_fifoname.c_str(),0666);
if(n<0)
{
cout<<"管道创建失败"<<endl;
}
else
{
cout<<"管道创建成功"<<endl;
}
}
~NamedFifo()
{
int n=unlink(_fifoname.c_str());
if(n<0)
{
cout<<"管道删除失败"<<endl;
}
else
{
cout<<"管道删除成功"<<endl;
}
}
private:
string _path;
string _name;
string _fifoname;
};
以上NamedFifo类 里面构造命名管道与析构命名管道包含了创建管道和删除管道。
class FillOper
{
public:
FillOper(const string& path,const string& name)
:_path(path)
,_name(name)
,_fd(-1)
{
_fifoname=_path+"/"+_name;
}
void OpenForRead()//打开管道文件进行读操作
{
_fd=open(_fifoname.c_str(),O_RDONLY);
if(_fd<0)
{
cout<<"管道文件打开失败"<<endl;
}
else
{
cout<<"管道文件打开成功"<<endl;
}
}
void OpenForWrite()
{
_fd=open(_fifoname.c_str(),O_WRONLY);
if(_fd<0)
{
cout<<"管道文件打开失败"<<endl;
}
else
{
cout<<"管道文件打开成功"<<endl;
}
}
void Write()//客户端写
{
string message;
int cnt=1;
pid_t id=getpid();
while(true)
{
cout<<"请输入信息"<<endl;
getline(cin,message);
message+=(",message number:"+to_string(cnt++)+",["+to_string(id)+"]");
write(_fd,message.c_str(),message.length());
}
}
void Read()//服务端读
{
while(true)
{
char buffer[1024];
int number=read(_fd,buffer,sizeof(buffer)-1);
if(number>0)
{
buffer[number]=0;
cout<<"client say:"<<buffer<<endl;
}
else if(number==0)
{
cout<<"客户端进程退出，服务端进程也退出"<<endl;
break;
}
else
{
cout<<"读取错误"<<endl;
break;
}
}
}
void Close()
{
if(_fd>0)
{
close(_fd);
}
}
~FillOper(){}
private:
string _path;
string _name;
string _fifoname;
int _fd;
};
以上FillOper类里面，OpenForRead()方法是打开管道文件进行读操作，OpenForWrite()方法是打开文件进行写操作，Write()方法是客户端进行写操作，Read()方法是服务端进行读操作。
客户端写
#include "comm.hpp"
int main()
{
FillOper wf(PATH,FILENAME);
wf.OpenForWrite();
wf.Write();
wf.Close();
return 0;
}
服务端读
#include "comm.hpp"
int main()
{
NamedFifo fifo(PATH,FILENAME);
FillOper rd(PATH,FILENAME);
rd.OpenForRead();
rd.Read();
rd.Close();
return 0;
}
