进程间通信-命名管道

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📜 进程间通信-命名管道

📅 最后修改于: 2021-01-18 06:39:37 🧑 作者: Mango

管道用于在相关过程之间进行通信。我们可以使用管道进行不相关的过程通信吗?例如，我们要从一个终端执行客户端程序，而从另一个终端执行服务器程序?答案是否定的。那么，如何实现不相关的流程通信，简单的答案就是命名管道。即使这适用于相关过程，也没有任何意义使用命名管道进行相关过程通信。

我们使用一根管道进行单向通信，而使用两条管道进行双向通信。同样的条件适用于命名管道吗?答案是否定的，因为命名管道支持双向通信，所以我们可以使用可用于双向通信(服务器和客户端之间的通信，以及客户端和服务器之间的通信)的单个命名管道。

命名管道的另一个名称是FIFO(先进先出) 。让我们看看系统调用(mknod())创建一个命名管道，这是一种特殊文件。

#include 
#include 
#include 
#include 

int mknod(const char *pathname, mode_t mode, dev_t dev);

该系统调用将创建一个特殊的文件或文件系统节点，例如普通文件，设备文件或FIFO。系统调用的参数是路径名，模式和dev。路径名以及模式和设备信息的属性。路径名是相对的，如果未指定目录，它将在当前目录中创建。指定的模式是文件模式，它指定文件类型，例如文件类型和下表中提到的文件模式。 dev字段用于指定设备信息，例如主要和次要设备编号。

File Type	Description	File Type	Description
S_IFBLK	block special	S_IFREG	Regular file
S_IFCHR	character special	S_IFDIR	Directory
S_IFIFO	FIFO special	S_IFLNK	Symbolic Link

File Mode	Description	File Mode	Description
S_IRWXU	Read, write, execute/search by owner	S_IWGRP	Write permission, group
S_IRUSR	Read permission, owner	S_IXGRP	Execute/search permission, group
S_IWUSR	Write permission, owner	S_IRWXO	Read, write, execute/search by others
S_IXUSR	Execute/search permission, owner	S_IROTH	Read permission, others
S_IRWXG	Read, write, execute/search by group	S_IWOTH	Write permission, others
S_IRGRP	Read permission, group	S_IXOTH	Execute/search permission, others

文件模式也可以用八进制表示法表示，例如0XYZ，其中X表示所有者，Y表示组，Z表示其他。 X，Y或Z的值范围可以从0到7。读，写和执行的值分别为4、2、1。如果需要结合读，写和执行，则相应地添加值。

假设，如果我们提到0640，则意味着对所有者进行读写(4 + 2 = 6)，对组进行读取(4)，对其他用户则没有权限(0)。

成功时此调用将返回零，失败时将返回-1。要了解失败的原因，请使用errno变量或perror()函数。

#include 
#include 

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode)

该库函数创建一个FIFO特殊文件，该文件用于命名管道。该函数的参数是文件名和模式。文件名可以是绝对路径，也可以是相对路径。如果未提供完整路径名(或绝对路径)，则将在执行进程的当前文件夹中创建文件。文件模式信息如mknod()系统调用中所述。

成功时此调用将返回零，失败时将返回-1。要了解失败的原因，请使用errno变量或perror()函数。

让我们考虑一个程序，该程序在一个终端上运行服务器，而在另一终端上运行客户端。该程序将仅执行单向通信。客户端接受用户输入并将消息发送到服务器，服务器将消息打印在输出上。继续该过程，直到用户输入字符串“ end”为止。

让我们通过一个例子来理解这一点-

步骤1-创建两个进程，一个是fifoserver，另一个是fifoclient。

步骤2-服务器进程执行以下操作-

如果未创建，则使用名称“ MYFIFO”创建一个命名管道(使用系统调用mknod())。
打开命名管道仅供只读。
在这里，创建了具有所有者读写权限的FIFO。阅读“组”信息，没有“其他”权限。
无限等待来自客户端的消息。
如果从客户端收到的消息不是“结束”，则打印该消息。如果消息是“结束”，则关闭FIFO并结束该过程。

步骤3-客户端进程执行以下操作-

打开命名管道仅用于写目的。
接受来自用户的字符串。
检查用户输入的是“结束”还是“结束”以外的内容。无论哪种方式，它都会向服务器发送一条消息。但是，如果字符串为“ end”，则这将关闭FIFO并结束该过程。
无限重复，直到用户输入字符串“ end”。

现在让我们看一下FIFO服务器文件。

/* Filename: fifoserver.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define FIFO_FILE "MYFIFO"
int main() {
   int fd;
   char readbuf[80];
   char end[10];
   int to_end;
   int read_bytes;
   
   /* Create the FIFO if it does not exist */
   mknod(FIFO_FILE, S_IFIFO|0640, 0);
   strcpy(end, "end");
   while(1) {
      fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);
      read_bytes = read(fd, readbuf, sizeof(readbuf));
      readbuf[read_bytes] = '\0';
      printf("Received string: \"%s\" and length is %d\n", readbuf, (int)strlen(readbuf));
      to_end = strcmp(readbuf, end);
      if (to_end == 0) {
         close(fd);
         break;
      }
   }
   return 0;
}

编译和执行步骤

Received string: "this is string 1" and length is 16
Received string: "fifo test" and length is 9
Received string: "fifo client and server" and length is 22
Received string: "end" and length is 3

现在，让我们看一下FIFO客户端示例代码。

/* Filename: fifoclient.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define FIFO_FILE "MYFIFO"
int main() {
   int fd;
   int end_process;
   int stringlen;
   char readbuf[80];
   char end_str[5];
   printf("FIFO_CLIENT: Send messages, infinitely, to end enter \"end\"\n");
   fd = open(FIFO_FILE, O_CREAT|O_WRONLY);
   strcpy(end_str, "end");
   
   while (1) {
      printf("Enter string: ");
      fgets(readbuf, sizeof(readbuf), stdin);
      stringlen = strlen(readbuf);
      readbuf[stringlen - 1] = '\0';
      end_process = strcmp(readbuf, end_str);
      
      //printf("end_process is %d\n", end_process);
      if (end_process != 0) {
         write(fd, readbuf, strlen(readbuf));
         printf("Sent string: \"%s\" and string length is %d\n", readbuf, (int)strlen(readbuf));
      } else {
         write(fd, readbuf, strlen(readbuf));
         printf("Sent string: \"%s\" and string length is %d\n", readbuf, (int)strlen(readbuf));
         close(fd);
         break;
      }
   }
   return 0;
}

让我们在到达的输出上取一个。

编译和执行步骤

FIFO_CLIENT: Send messages, infinitely, to end enter "end"
Enter string: this is string 1
Sent string: "this is string 1" and string length is 16
Enter string: fifo test
Sent string: "fifo test" and string length is 9
Enter string: fifo client and server
Sent string: "fifo client and server" and string length is 22
Enter string: end
Sent string: "end" and string length is 3

使用命名管道的双向通讯

管道之间的通信是单向的。通常，管道仅限于单向通信，并且至少需要两条管道进行双向通信。管道仅用于相互关联的过程。管道不能用于不相关的进程通信，例如，如果我们要从一个终端执行一个进程，并从另一个终端执行另一个进程，则管道是不可能的。我们是否有任何简单的方式在两个流程之间进行通信，例如以简单的方式进行无关的流程?答案是肯定的。命名管道用于两个或多个不相关进程之间的通信，并且也可以具有双向通信。

我们已经看到了命名管道之间的单向通信，即从客户端到服务器的消息。现在，让我们看一下双向通信，即客户端使用相同的命名管道将消息发送到服务器，而服务器接收消息，然后将另一条消息发送回客户端。

以下是一个例子-

步骤1-创建两个进程，一个是fifoserver_twoway，另一个是fifoclient_twoway。

步骤2-服务器进程执行以下操作-

如果未创建，则在/ tmp目录中使用名称“ fifo_twoway”创建一个命名管道(使用库函数mkfifo())。
打开命名管道以进行读写。
在这里，创建了具有所有者读写权限的FIFO。阅读“组”信息，没有“其他”权限。
无限等待来自客户端的消息。
如果从客户端收到的消息不是“ end”，则打印该消息并反转字符串。反向的字符串将发送回客户端。如果消息是“结束”，则关闭FIFO并结束该过程。

步骤3-客户端进程执行以下操作-

打开命名管道以进行读写。
接受来自用户的字符串。
检查用户输入的是“结束”还是“结束”以外的内容。无论哪种方式，它都会向服务器发送一条消息。但是，如果字符串为“ end”，则这将关闭FIFO并结束该过程。
如果消息不是作为“ end”发送的，则它等待来自客户端的消息(反向字符串)并打印反向字符串。
无限重复，直到用户输入字符串“ end”。

现在，让我们看一下FIFO服务器示例代码。

/* Filename: fifoserver_twoway.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define FIFO_FILE "/tmp/fifo_twoway"
void reverse_string(char *);
int main() {
   int fd;
   char readbuf[80];
   char end[10];
   int to_end;
   int read_bytes;
   
   /* Create the FIFO if it does not exist */
   mkfifo(FIFO_FILE, S_IFIFO|0640);
   strcpy(end, "end");
   fd = open(FIFO_FILE, O_RDWR);
   while(1) {
      read_bytes = read(fd, readbuf, sizeof(readbuf));
      readbuf[read_bytes] = '\0';
      printf("FIFOSERVER: Received string: \"%s\" and length is %d\n", readbuf, (int)strlen(readbuf));
      to_end = strcmp(readbuf, end);
      
      if (to_end == 0) {
         close(fd);
         break;
      }
      reverse_string(readbuf);
      printf("FIFOSERVER: Sending Reversed String: \"%s\" and length is %d\n", readbuf, (int) strlen(readbuf));
      write(fd, readbuf, strlen(readbuf));
      /*
      sleep - This is to make sure other process reads this, otherwise this
      process would retrieve the message
      */
      sleep(2);
   }
   return 0;
}

void reverse_string(char *str) {
   int last, limit, first;
   char temp;
   last = strlen(str) - 1;
   limit = last/2;
   first = 0;
   
   while (first < last) {
      temp = str[first];
      str[first] = str[last];
      str[last] = temp;
      first++;
      last--;
   }
   return;
}

编译和执行步骤

FIFOSERVER: Received string: "LINUX IPCs" and length is 10
FIFOSERVER: Sending Reversed String: "sCPI XUNIL" and length is 10
FIFOSERVER: Received string: "Inter Process Communication" and length is 27
FIFOSERVER: Sending Reversed String: "noitacinummoC ssecorP retnI" and length is 27
FIFOSERVER: Received string: "end" and length is 3

现在，让我们看一下FIFO客户端示例代码。

/* Filename: fifoclient_twoway.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define FIFO_FILE "/tmp/fifo_twoway"
int main() {
   int fd;
   int end_process;
   int stringlen;
   int read_bytes;
   char readbuf[80];
   char end_str[5];
   printf("FIFO_CLIENT: Send messages, infinitely, to end enter \"end\"\n");
   fd = open(FIFO_FILE, O_CREAT|O_RDWR);
   strcpy(end_str, "end");
   
   while (1) {
      printf("Enter string: ");
      fgets(readbuf, sizeof(readbuf), stdin);
      stringlen = strlen(readbuf);
      readbuf[stringlen - 1] = '\0';
      end_process = strcmp(readbuf, end_str);
      
      //printf("end_process is %d\n", end_process);
      if (end_process != 0) {
         write(fd, readbuf, strlen(readbuf));
         printf("FIFOCLIENT: Sent string: \"%s\" and string length is %d\n", readbuf, (int)strlen(readbuf));
         read_bytes = read(fd, readbuf, sizeof(readbuf));
         readbuf[read_bytes] = '\0';
         printf("FIFOCLIENT: Received string: \"%s\" and length is %d\n", readbuf, (int)strlen(readbuf));
      } else {
         write(fd, readbuf, strlen(readbuf));
         printf("FIFOCLIENT: Sent string: \"%s\" and string length is %d\n", readbuf, (int)strlen(readbuf));
         close(fd);
         break;
      }
   }
   return 0;
}

编译和执行步骤

FIFO_CLIENT: Send messages, infinitely, to end enter "end"
Enter string: LINUX IPCs
FIFOCLIENT: Sent string: "LINUX IPCs" and string length is 10
FIFOCLIENT: Received string: "sCPI XUNIL" and length is 10
Enter string: Inter Process Communication
FIFOCLIENT: Sent string: "Inter Process Communication" and string length is 27
FIFOCLIENT: Received string: "noitacinummoC ssecorP retnI" and length is 27
Enter string: end
FIFOCLIENT: Sent string: "end" and string length is 3