[系统运维]linux IPC-管道和FIFO

目录

1、管道

1.1、pipe()函数

1.2、popen()函数

1.3、pclose()函数

1.4、system函数

1.5、popen与system区别

2、FIFO(有名管道)

2.1、mkfifo()函数

2.2、FIFO与NFS的关系

3、管道和FIFO的额外属性

4、管道和FIFO限制

4.1、查看限制

5、字节流I/O模型

1、管道

管道没有名字，只能由有亲缘关系的进程使用。

注：从技术上上讲，自从可以在进程间传递描述符后，管道也能用于无亲缘关系的进程间。然而现实中，管道通常用于具有共同祖先的进程间。

宏S_ISFIFO可用于确定一个描述符或文件是是不是FIFO.它的唯一参数是stat结构的st_mode成员，计算结果或者为真（非零值），或者为假（0），对于管道来说，这个stat结构是fstat函数填写的。对于FIFO来说，这个结构是由fstat或stat函数填写的。

管道是半双工的即单向的，只提供一个方向的数据流。当需要双向数据流时，必须创建两个管道，每个方向一个。步骤如下：

1）创建管道1(fd1[0]和fd1[1])和管道2(fd2[0]和fd2[1])

2) fork

3）父进程关闭管道1的读出端

4）父进程关闭管道2的写入端

5）子进程关闭管道1的写入端

6）子进程关闭管道2的读出端

1.1、pipe()函数

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2])

参数 fd:fd[0]读,fd[1]写

1.2、popen()函数

popen在调用进程和所指定的命令之间创建一个管道。

#include <stdio.h>

FILE *popen(const char *command,const char *type);

参数?command：一个shell命令行。

参数?type：类型

返回值：一个标准I/O FILE指针，该指针或者用于输入，或者用于输出，取决于type。

注：popen不对标准错误输出作任何特殊的处理-只有标准输出才被重定向到由它创建的管道。

1.3、pclose()函数

关闭由popen()创建的I/O流，等待其中的命令终止，然后返回shell的终止状态。

#include <stdio.h>

int pclose(FILE *stream);

参数?stream:popen()创建的I/O流

返回值：失败返回-1，并设置错误码。

1.4、system函数

使用 system函数可以很方便地在程序当中执行任意 shell 命令。system函数其内部的是通过调用 fork()、execl()以及 waitpid()这三个函数来实现它的功能， 首先 system函数会调用 fork函数创建一个子进程来运行 shell（可以把这个子进程成为 shell 进程） ，并通过 shell 执行参数command 所指定的命令。

函数原型如下：

#include <stdlib.h>

int system(const char *command);

参数 command：指向需要执行的 shell 命令，以字符串的形式提供，
返回值：

1） 当参数 command 为 NULL， 如果 shell 可用则返回一个非 0 值，若不可用则返回 0；针对一些非UNIX 系统，该系统上可能是没有 shell ，这样就会导致 shell 不可能；

2）如果 command 参数不为NULL，则返回值从以下的各种情况所决定。
a、?如果无法创建子进程或无法获取子进程的终止状态，那么 system()返回-1；
b、如果子进程不能执行 shell，则 system()的返回值就好像是子进程通过调用_exit(127)终止了；
c、如果所有的系统调用都成功， system()函数会返回执行 command 的 shell 进程的终止状态。
?

1.5、popen与system区别

1）popen是不堵塞的，也就是说不会等待子进程的结束并杀死子进程，即不会管理进程。这样就需要我们手动的去杀死或忽略子进程等操作。 system是堵塞的，会自动对进程进行管理，无需我们再去对进程进行管理。

2）popen会将执行的结果返回到buf中。另外，system不会返回执行的结果，只是会返回执行是否成功。

注：linux尽量避免使用system。

2、FIFO(有名管道)

不同于管道的是，每个FIFO有一个路径名与之关联，从而允许无亲缘关系的进程访问同一个FIFO。

注：对管道或FIFO的write总是往末尾添加数据，对它们的read则总是从开头返回数据。如果对管道或FIFO调用lseek，那就返回ESPIPE错误。

2.1、mkfifo()函数

要打开一个已存在的FIFO或创建一个新的FIFO，应先调用mkfifo，再检查它是否返回EEXIST错误，若返回错误则改为调用open。

注：mkfifo隐含指定O_CREAT|O_EXCL.如果不希望创建一个新的FIFO，那就改为调用open而不是mkefifo。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode)

参数 pathname:一个普通的路径名。

参数 mode:指定文件权限位，类似于open的第二个参数。

返回值：成功返回0，出错返回-1，并设置错误码。

注：FIFO不能打开来既读又写，因为它是半双工的。

2.2、FIFO与NFS的关系

FIFO是一种只能在单台主机上使用的IPC形式。尽管在文件系统中有名字，它们也只能用在本地文件系统上，而不能用在通过NFS安装的文件系统上。

有些系统允许在通过NFS安装的文件系统上创建FIFO,但是数据无法在这样的两个系统间通过这些FIFO传递。这种情况下，FIFO只是用作同一主机上客户和服务器之间位于文件系统中的集结点。即使在不同主机上的某两个进程都能通过NFS打开同一个FIFO，它们也不能通过该FIFO从一个进程向另一个进程发送数据。

3、管道和FIFO的额外属性

当对一个管道或FIFO的最终close发送时，该管道或FIFO的任何残余数据都被丢弃。

1）如果请求写入的数据的字节数小于或等于PIPE_BUF，那么write操作保证是原子的（如果请求写入的数据字节数大于PIPE_BUF，那么write操作不能保证是原子的）

2）O_NONBLOCK标志的设置对write操作的原子性没有影响--原子性完全是由所请求字节是否小于等于PIPE_BUF决定的。当设置为非阻塞时，来自write的返回值取决于待写的字节数以及该管道或FIFO中当前可用空间的大小。

3）如果向一个没有为读打开着的管道或FIFO写入，那么内核将产生一个SIGPIPE信号。

4、管道和FIFO限制

4.1、查看限制

1）ulimit?

2)?getcon

3)运行时获取

5、字节流I/O模型

管道和FIFO都使用字节流I/O模型，这种模型不存在记录边界。

1）带内特殊终止序列。这种技巧一般要求数据中任何出现分隔符处都作转义处理。

2）显示长度。这种技巧的优势之一是不再需要通过转义出现在数据中的分隔符，因为接收者不必扫描整个数据以寻找每个记录的结束位置。

3）每次连接一个记录：应用通过关闭与其对端的连接来指示一个记录的结束。这要求为每个记录创建一个新连接。

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