Linux -- 命名管道

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前言:

命名管道

什么是命名管道?

怎么创建命名管道?

mkfifo 函数

在命令行中:

?在代码中:

参数:

返回值:?

unlink 函数

返回值:

验证命名管道

Comm.hpp?

代码:

为什么使用 c_str 函数?

cerr 和 cout 的区别

#ifndef 的作用

读端 PipeServer.cc

代码:

写端 PipeClient.cc

代码:

makefile

代码:

运行结果:


前言:

匿名管道可以让父子进程看到同一份资源,进行进程间通信,如果两个进程不是父子关系,也想进行进程间通信,该怎么办?

命名管道

进程间通信的一般规律是让不同的进程看到同一份资源,我们也可以让不是父子关系的进程看到同一个文件,和匿名管道一样,一个进程只打开该文件的读端,另一个进程只打开该文件的写端,这样就可以实现进程间通信,此时该管道称为命名管道。

什么是命名管道?

命名管道(Named Pipe),有时也称为FIFO(First In, First Out)文件,是一种特殊的文件类型,用于实现进程间通信(IPC, Inter-Process Communication)。与匿名管道不同,命名管道存在于文件系统中,并且有一个名称,因此可以被不相关的进程访问。这意味着即使两个进程没有直接的父子关系,它们也可以通过命名管道进行数据交换。

怎么创建命名管道?

命名管道中的数据不需要刷新到磁盘中,只是在两个进程之间通信,所以需要一个特殊的文件类型。

mkfifo 函数

在命令行中:

命令 mkfifo 管道名 就可以创建命名管道。

Linux -- 命名管道

?从上图中可以看出,创建出来的管道名后面会带 | ,且文件类型为 p,即管道文件

当我们向管道中写入数据时,如果没有进程以读方式打开管道,则尝试写入管道的操作将会阻塞,直到有进程开始读取为止。(命令执行起来就变成进程)

如下图:

没有进程读取管道中的数据,尝试写入管道的操作将阻塞:

Linux -- 命名管道

?当有进程读取管道中的数据时(读取如下图),写端进程就不会阻塞了:

Linux -- 命名管道?

下图同理:

Linux -- 命名管道?

同样地,如果没有进程写入管道,那么试图从管道读取的操作也会阻塞。?

?在代码中:
#include 
#include 
int mkfifo(const char*filename,mode_t mode);
参数:

filename 就是文件路径,mode 是管道文件的读写权限。

返回值:?

若成功则返回 0,否则返回 -1,错误原因存于errno中。

unlink 函数

由于管道文件存储在文件系统中,命名管道(FIFO)文件通常不需要手动删除,因为它们的行为依赖于打开它们的进程,生命周期也随进程。

然而,在某些情况下,你可能希望确保命名管道在不再需要时被立即删除,例如为了保持文件系统的整洁或避免遗留不必要的文件。这种情况下,你可以选择在程序退出之前显式地删除命名管道。这可以通过调用 unlink() 来完成

#include
int unlink(const char * pathname);
返回值:

成功返回0,失败返回 -1,错误原因存于errno中

如果文件已经被某个进程打开,那么即使调用了?unlink,只要这个文件描述符仍然被持有,文件内容就不会立即被释放,已经打开的文件描述符可以继续使用直到它们被关闭,但新的进程无法再通过这个路径名打开这个管道。只有当所有引用该文件的文件描述符都被关闭后,文件才会真正从磁盘上被删除。

验证命名管道

Comm.hpp?

代码:

#ifndef __COMMHPP__
#define __COMMHPP__

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;

#define Mode 0666
#define Path "./fifo"
class FIFO
{
public:
    FIFO(const string& path):_path(path)
    {
        int n=mkfifo(_path.c_str(),Mode);
        if(n==0)
        {
            //管道文件创建成功
            cout<<" mkfifo success "<

为什么使用 c_str 函数?

由于 mkfifo 的第一个参数类型是 const char*,而我们传的参数是 string 类型,所以需要调用 string 中的 c_str 函数,将 string 转为? const char* 类型

cerr 和 cout 的区别

默认情况下,cout?是缓冲的,这意味着数据不会立即被写入到屏幕上,而是等到缓冲区满或者遇到显式的刷新操作(如?std::endl?或?std::flush)时才会被实际输出。这样可以提高效率,减少频繁的I/O操作。

cerr?默认是非缓冲的,意味着每次调用都会立即输出到终端。这确保了即使程序崩溃,错误信息也能被及时看到。

#ifndef 的作用

?#ifndef?是 C 和 C++ 预处理器指令之一,通常用于防止头文件的重复包含。它与 #define?#endif?指令一起使用来创建一个条件编译块。这个机制确保了一个头文件的内容在一个源文件中只被处理一次,从而避免了重复定义的问题。

基本语法如下:

#ifndef SOME_UNIQUE_NAME
#define SOME_UNIQUE_NAME

// 头文件内容
// 这里可以放置类定义、函数声明等

#endif // SOME_UNIQUE_NAME

?工作原理:

  • 当预处理器遇到 #ifndef SOME_UNIQUE_NAME?时,它会检查 SOME_UNIQUE_NAME?是否已经被定义。
  • 如果 SOME_UNIQUE_NAME?尚未被定义,则执行从 #ifndef?到 #endif?之间的代码,并且在过程中通过 #define SOME_UNIQUE_NAME?定义这个标识符。
  • 如果 SOME_UNIQUE_NAME?已经被定义(例如,由于该头文件之前已经被包含过),则 #ifndef?和 #endif?之间的所有内容将被忽略,即不会再次处理这些内容。

?替代方法:

除了 #ifndef,还有其他几种方式也可以达到同样的效果,比如 #pragma once。这是一种非标准但广泛支持的方法,它的语法更加简洁:

#pragma once

// 头文件内容

不过,#pragma once?并不是所有编译器都支持,因此对于需要高度可移植性的代码,还是推荐使用 #ifndef?方法。

读端 PipeServer.cc

代码:

#include"Comm.hpp"
#include

int main()
{
    //获取管道
    FIFO fifo(Path);

    //以读方式打开
    int rfd=open(Path,O_RDONLY);
    if(rfd<0)
    {
        //打开失败
        cerr<<" open failed,errno: "<0)
        {
            //读到了数据
            //由于我们没有读取 \0,所以在缓冲区的结束位置补上
            buffer[n]=0;
            cout<<"client say: "<

写端 PipeClient.cc

代码:

#include"Comm.hpp"

int main()
{
    int wfd=open(Path,O_WRONLY);
    if(wfd<0)
    {
        //以写方式打开失败
        cerr<<" open failed,errno: "<

makefile

代码:

因为 makefile 一次只能生成一个可执行程序,需要 .PHONY: all 让 makefile 一次生成两个可执行程序!

.PHONY:all
all:pipe_server pipe_client

pipe_server:PipeServer.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
pipe_client:PipeClient.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11

.PHONY:clean
clean:
	rm -f pipe_client pipe_server

运行结果:

当我们同时运行 pipe_client 和 pipe_server 时,结果如下(先执行 pipe_server,再执行 pipe_client,因为创建管道的代码在 pipe_server 中):

Linux -- 命名管道

Linux -- 命名管道

当我们在 pipe_client 输入信息时,pipe_server 就会接收到信息:?

Linux -- 命名管道

Linux -- 命名管道?

Linux -- 命名管道?

Linux -- 命名管道?

当我们输入 quit 时,两个程序都会退出:

Linux -- 命名管道?

退出的同时把管道文件删除!?

Linux -- 命名管道?

当我们输入 CTRL+ C 时也会退出:?

Linux -- 命名管道?

Linux -- 命名管道?

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