news 2026/4/15 22:33:43

Linux 进程间通信---命名管道

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张小明

前端开发工程师

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Linux 进程间通信---命名管道

1.命名管道的原理

1,如果是具有血缘关系的进程,想要通信我们可以使用匿名管道,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。

2.在内核中,操作系统会打开一个文件,即在内核中,仅有一个文件的inode结构体,文件的files_operations结构体,一个内核级别的文件缓冲区,那么由于这两个进程可能会有不同的打开文件的方式,并且两个文件的执行流不同,读取写入到文件的位置可能也不同,所以分别会给这两个进程各自分配一个文件打开对象。

3.与匿名管道不同,进程间的通信本质是让不同的进程看到同一份资源,在匿名管道中,子进程继承了父进程的文件描述符表,父子进程一个关闭读端,一个关闭写端,从而实现进程间的通信,命名管道这里,两个不同的进程以只读和只写的方式打开文件,也达到了看到同一份资源的目的。

4.那么两个进程如何知道它们两个打开的是同一个文件?因为进行打开的时候是采用的是同路径下的同一个文件名 = 路径 + 文件名 = 具有唯一性。

5.同样的,这个命名管道也管道它也具有管道的特征,即单向通信,并且不需要将缓冲区的内容刷新到磁盘上,命名管道同样也是一个文件,这个文件是内存级文件。

2.创建命名管道

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,相关函数有:

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

mkfifo需要传参,第一个参数传参命名文件的路径,第二个传参命名文件的权限模式,mkfifo的返回值是一个int的变量,如果mkfifo创建命名管道成功,那么就会返回0,如果没有创建成功,创建失败了,那么就会返回-1,并且设置对应的错误码。

1 #include<stdio.h> 2 #include<sys/stat.h> 3 int main(int argc, char *argv[]) 4 { 5 mkfifo("myfifo",0644); 6 return 0; 7 }

删除命名管道可以使用unlink。

3.命名管道的4种情况

读写端正常,管道为空,读端就要阻塞,可以有效保护数据安全

读写端正常, 管道满了,写端就要阻塞,可以有效保护数据安全

读端正常读,写端关闭,读端就会读到0,代表读到了文件(pipe)结束,读端退出,不会阻塞

写端正常写,读端关闭,操作系统就要通过13号信号杀掉正在写入的写端进程

4.进程间编码的实现

makefile

1 .PHONY:all 2 all:client server 3 4 client:client.cpp 5 g++ -o $@ $^ -g -std=c++11 6 server:server.cpp 7 g++ -o $@ $^ -g -std=c++11 8 .PHONY:clean 9 clean: 10 rm -f client server

生成client和server可执行程序

pipename.hpp

#pragma once #include<iostream> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include<string> #include<string.h> #define FILE "./log.txt" #define MODE 0644 enum { FIFO_CREATE_ERR=1, FIFO_DELETE_ERR, FIFO_OPEN_ERR }; class Init { public: Init() { int n=mkfifo(FILE,MODE); if(n<0) { perror("mkfifo"); exit(FIFO_CREATE_ERR); } } ~Init() { int m=unlink(FILE); if(m<0) { perror("mkfifo"); exit(FIFO_DELETE_ERR); } } };

将创建管道文件封装为一个类,创建类时自动创建命名管道。

client.cpp

#include"./pipe.hpp" int main() { int fd=open(FILE,O_WRONLY); if(fd<0) { perror("open"); exit(FIFO_OPEN_ERR); } std::cout<<"clinet open success"<<std::endl; std::string line; while(true) { std::cout<<"Pliease enter#"; getline(std::cin,line); int n=write(fd,line.c_str(),line.size()); } close(fd); return 0; }

以只写模式打开文件,不断的从键盘获取数据发送给文件。

server.cpp

#include"./pipename.hpp" int main() { Init p; int fd=open(FILE,O_RDONLY); if(fd<0) { perror("open"); exit(FIFO_OPEN_ERR); } while(true) { char buff[1024]; int n=read(fd,buff,sizeof(buff)); if(n>0) { buff[n]='\0'; std::cout<<"client say#"<<buff<<std::endl; } else { break; } } close(fd); return 0; }

以只读模式打开,并且打印在显示器上面,进程退出时,命名管道也会自动被删除。

运行结果:

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