命名管道或 FIFO 及 C 语言示例程序

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简介

命名管道，也称为 FIFO（先进先出），是软件系统中重要的进程间通信 (IPC) 机制。它们提供了一种快速有效的方法来在进程之间成功传输信息。命名管道是一种特殊类型的文件，作为一种手段，允许在同一系统或不同系统上运行的不相关进程之间进行交互。

先进先出 (FIFO) 命名管道确保一个进程写入管道的资料会以相同的顺序被另一个进程从管道中读取。因此，当进程需要独立通信且无需共享存储或直接依赖管理时，它们特别有用。

在本文中，我们将通过一个 C 语言程序来看一个命名管道或 FIFO 的例子，探讨它的用例以及一些优点和缺点。

命名管道或 FIFO 示例

下面是一个使用命名管道的 C 语言示例程序。

在这个例子中，我们使用 `mkfifo` 函数创建一个指定路径 (/tmp/myfifo) 的命名管道。然后，我们创建一个子进程，子进程充当写入者，父进程充当读取者。写入者进程以写入模式 (O_WRONLY) 打开命名管道，使用 `write` 函数向管道写入消息，然后关闭管道。读取者进程以读取模式 (O_RDONLY) 打开命名管道，使用 `read` 函数从管道读取消息，然后关闭管道。父进程使用 `wait(NULL)` 等待子进程完成，然后使用 `unlink` 删除命名管道。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

#define FIFO_PATH "/tmp/myfifo" // Path to the named pipe

void writer_process() {
   int fd;
   char message[] = "Hello, named pipe!";

   // Open the named pipe for writing
   fd = open(FIFO_PATH, O_WRONLY);
   if (fd == -1) {
      perror("open");
      exit(EXIT_FAILURE);
   }

   // Write the message to the named pipe
   write(fd, message, strlen(message) + 1);
   printf("Message sent: %s
", message);

   // Close the named pipe
   close(fd);
}

void reader_process() {
   int fd;
   char buffer[100];

   // Open the named pipe for reading
   fd = open(FIFO_PATH, O_RDONLY);
   if (fd == -1) {
      perror("open");
      exit(EXIT_FAILURE);
   }

   // Read the message from the named pipe
   read(fd, buffer, sizeof(buffer));
   printf("Message received: %s
", buffer);

   // Close the named pipe
   close(fd);
}

int main() {
   pid_t pid;

   // Create the named pipe
   mkfifo(FIFO_PATH, 0666);

   // Fork a child process
   pid = fork();

   if (pid == -1) {
      perror("fork");
      exit(EXIT_FAILURE);
   } else if (pid == 0) {
      // Child process (writer)
      writer_process();
   } else {
      // Parent process (reader)
      reader_process();

      // Wait for the child process to finish
      wait(NULL);

      // Remove the named pipe
      unlink(FIFO_PATH);
   }
   return 0;
}

输出

Message sent: Hello, named pipe!
Message received: Hello, named pipe!

注意− 在此示例中，我们演示了命名管道如何促进进程间通信，允许使用先进先出 (FIFO) 顺序在独立进程之间传递数据。在实际场景中，可能需要适当的权限和错误处理。此外，命名管道的路径需要根据系统的要求进行适当的选择。

命名管道或 FIFO 的用例

让我们看看下面命名管道或 FIFO 的一些用例。

进程间通信− 命名管道通常用于独立进程之间的进程间通信 (IPC)。它们为进程交换数据提供了一种简单有效的方法，而无需共享内存或具有直接依赖关系。命名管道允许在同一台机器上运行的进程之间进行通信，甚至在具有共享文件系统访问权限的不同系统上的进程之间进行通信。

客户端-服务器通信− 命名管道通常用于客户端-服务器架构中，用于在客户端和服务器之间建立通信通道。服务器创建一个命名管道并监听客户端请求，而客户端可以通过打开命名管道来连接到服务器。这允许客户端和服务器之间进行无缝通信和数据交换。

Shell 脚本− 命名管道可用于 shell 脚本中，以连接不同的命令或进程。通过使用命名管道，一个命令的输出可以作为另一个命令的输入，从而能够将多个命令链接在一起。这为脚本编写提供了灵活性，并允许在不同组件之间高效地流动数据。

数据流和日志记录− 命名管道可用于在进程之间流式传输数据或日志文件。例如，一个生成日志信息的进程可以将日志写入命名管道，另一个进程可以从管道读取并对日志数据进行进一步处理或存储。这允许对日志信息进行实时处理和分析。

分布式计算− 命名管道可以促进分布式计算环境中进程之间的通信。在多个进程在不同机器上运行并需要交换数据的情况下，命名管道可以提供可靠高效的通信机制。它们可用于在分布式组件之间传输数据，例如在分布式数据处理框架或并行计算应用程序中。

系统监控和控制− 命名管道可用于系统监控和控制应用程序。例如，一个监控进程可以将系统指标写入命名管道，其他进程或系统可以从管道读取以收集和分析指标。这使得能够有效地监控和控制系统资源和性能。

命名管道或 FIFO 的优点

以下是命名管道 (FIFO) 用于进程间交互的优点：

• 简单易用− 命名管道提供了一种简单易用的进程间通信方法。它们遵循简单的 FIFO 模型，一个进程写入的数据会被另一个进程以相同的顺序读取。

• 进程独立性− 使用命名管道的进程可以彼此独立地运行。只要它们被授予使用命名管道的正确权限，这些进程就可以相互通信，而无需事先了解或依赖。

• 进程间通信− 当命名管道存在于两个系统都可以访问的共享文件系统中时，它允许在同一台机器上运行的进程之间以及在不同系统上运行的进程之间进行交互。

• 效率− 命名管道是进程间通信的有效方式。它们可以有效地处理大量数据，并依赖于缓冲机制。

命名管道或 FIFO 的缺点

以下是命名管道 (FIFO) 用于进程间交互的缺点：

• 单向通信− 命名管道是单向的，支持从写入者到读取者或反向的单向数据交换。

• 功能有限− 命名管道提供了一种简单的数据传输方法，相对简单。它们不支持高级特性，如通信限制、数据结构和复杂的数据序列化。

• 阻塞行为− 默认情况下，命名管道的读取和写入操作都是阻塞的。如果一个程序试图从空管道读取或向满管道写入数据，则该程序将被阻塞，直到数据可用或空间被释放。

• 错误处理有限− 命名管道的内置功能可以改进。此外，如果发生通信错误，例如管道中断或操作突然终止，则没有内置机制来处理或恢复这些错误。

结论

选择是否应将命名管道用于 IPC 时，务必考虑应用程序的特定需求、限制和权衡。基于所需的复杂性和功能，套接字、消息队列或共享内存等替代 IPC 方法可能更适合。

命名管道是在许多情况下进行进程间通信的有价值工具，它提供了一种在进程之间进行快速有效通信的方法。