Linux匿名管道和命名管道的區(qū)別

概述

管道是?UNIX系統(tǒng)?IPC的最古老的形式，所有的UNIX系統(tǒng)都提供此種通信。所謂的管道，也就是內(nèi)核里面的一串緩存，從管道的一段寫入的數(shù)據(jù)，實(shí)際上是緩存在內(nèi)核中的，令一端讀取，也就是從內(nèi)核中讀取這段數(shù)據(jù)。對于管道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是無格式的流且大小受限。對于管道來說，也分為匿名管道和命名管道，其中命名管道也被叫做 FIFO，下面則分別闡述這兩種管道。

匿名管道

默認(rèn)情況下，在?Shell命令執(zhí)行過程中，任何一個命令都有一個標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（鍵盤）、標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（顯示器）和標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（顯示器），使用管道"|"可以將兩個命令連接起來，從而改變標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出方式,下面是在 Linux 端運(yùn)行命令行的一個截圖：

image-20210704161819420

上述命令中的意思也就是，將ls命令得到的結(jié)果作為?grep tags命令的輸入。

image-20210704162803903

連接輸入輸出的中間設(shè)備即為一個管道文件，綜上，也就是說使用管道可以將一個命令的輸出作為另一個命令的輸入（在運(yùn)行的時候，一個命令將創(chuàng)建一個進(jìn)程），而這種管道是臨時的，命令執(zhí)行完畢之后就會自動消失，這類管道稱為無名管道。

匿名管道例子

匿名管道在使用前要先創(chuàng)建，其函數(shù)的聲明如下：

?

extern?int?pipe?(int?__pipedes[2]);

?

此函數(shù)的參數(shù)是一個整型數(shù)組，如果執(zhí)行成功，pipe 將存儲兩個整型文件描述符于__pipedes[0]和__pipedes[1]中，他們分別指向管道的兩端。如果系統(tǒng)調(diào)用失敗，則返回 -1。

讀無名管道，該函數(shù)的聲明如下：

?

extern?ssize_t?read?(int?__fd,?void?*__buf,?size_t?__nbytes);

?

第一個參數(shù)fd為打開的文件描述符，buf為讀出數(shù)據(jù)的存儲位置，nbytes為讀取數(shù)據(jù)的大小，調(diào)用 read 函數(shù)將從 fd 指向的文件描述符指定的打開文件中宏讀?n?字節(jié)到?buf?指向的緩沖區(qū)內(nèi)。

如果試圖向已經(jīng)填滿的管道寫入，系統(tǒng)會自動阻塞。一個管道不能同時被兩個進(jìn)程打開。

?

extern?ssize_?t?write(int?__fd,?__const?void?*__buf,?size_t?__n);

?

從?buf指向的緩沖區(qū)中向管道中寫入nbytes字節(jié)，且每次寫入的內(nèi)容都附件在管道的末端。

那要如何使用管道在兩個進(jìn)程之間通信呢，我們可以使用?fork()創(chuàng)建子進(jìn)程，創(chuàng)建的子進(jìn)程會復(fù)制父進(jìn)程的文件描述符，這樣就做到了兩個進(jìn)程各有兩個fd[0]與fd[1]，兩個進(jìn)程就可以通過各自的fd寫入和讀取同一個管道文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信了，具體原理如下所示：

image-20210704170602297

具體的例子如下所示：

?

#include
#include
#include

int?main(int?argc,?char?*argv[])
{
????pid_t?pid;
????int?temp;
????int?pipedes[2];
????char?s[14]?=?"test?message!";
????char?d[14];

????if?(pipe(pipedes)?==?-1)?//?創(chuàng)建管道
????{
????????perror("pipe");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}

????if?(pid?==?fork()?==?-1)
????{
????????perror("fork");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????else?if?(pid?==?0)??????//?子進(jìn)程
????{
????????printf("now,write?data?to?pipe
");
????????if?(write(pipedes[1],?s,?14)?==?-1)???//?寫數(shù)據(jù)到管道
????????{
????????????perror("write");
????????????exit(EXIT_FAILURE);
????????}
????????else
????????{
????????????printf("the?written?data?is:%s
",s);
????????????exit(EXIT_SUCESS);
????????}
????}
????else?if?(pid?>?0)?????//?父進(jìn)程
????{
????????slepp(2);
????????printf("now,?read?from?pipe
");
????????if?((read(pipedes[0],?d,?14))?==?-1)
????????{
????????????perror("read");
????????????exit(EXIT_FAILURE);
????????}
????????printf("the?data?from?pipe?is:%s
",d);
????}
????return?0;
}

?

代碼運(yùn)行的結(jié)果如下所示：

image-20210704172243185

命名管道

命名管道又被稱之為是 FIFO ，未命名的管道只能在兩個相關(guān)的進(jìn)程之間使用，而且這兩個相關(guān)的進(jìn)程還要又一個共同創(chuàng)建了他們的祖先進(jìn)程，但是，通過 FIFO ，不相關(guān)的進(jìn)程也能交換數(shù)據(jù)。

首先，介紹下是如何創(chuàng)建命名管道的：

?

extern?int?mkfifo?(__const?char?*__path,?__mode_t?__mode);

?

mkfifo會根據(jù)參數(shù)建立特殊的有名管道文件，該文件必須不存在，而參數(shù)mode為該文件的權(quán)限。

下面是一個使用命名管道進(jìn)行進(jìn)程間通信的例子，例子分為兩個程序，分別是讀部分和寫部分,首先看先往管道寫數(shù)據(jù)的代碼，代碼如下所示：

?

#include??
#include??
#include??
#include??
#include??
#include??

int?main()?
{?
????int?fd;?

????//?FIFO?file?path?
????char?*?myfifo?=?"/tmp/myfifo";?

????//?Creating?the?named?file(FIFO)?
????//?mkfifo(,?)?
????mkfifo(myfifo,?0666);?

????char?arr1[80],?arr2[80];?
????while?(1)?
????{?
????????//?Open?FIFO?for?write?only?
????????fd?=?open(myfifo,?O_WRONLY);?
????????printf("The?fd?is:%d
",fd);

????????//?Take?an?input?arr2ing?from?user.?
????????//?80?is?maximum?length?
????????fgets(arr2,?80,?stdin);?

????????//?Write?the?input?arr2ing?on?FIFO?
????????//?and?close?it?
????????write(fd,?arr2,?strlen(arr2)+1);?
????????close(fd);?

????????//?Open?FIFO?for?Read?only?
????????fd?=?open(myfifo,?O_RDONLY);?

????????//?Read?from?FIFO?
????????read(fd,?arr1,?sizeof(arr1));?

????????//?Print?the?read?message?
????????printf("User2:?%s",?arr1);?
????????close(fd);?
????}?
????return?0;?
}

?

然后是先往管道讀數(shù)據(jù)的代碼，代碼如下所示：

?

#include??
#include??
#include??
#include??
#include??
#include??

int?main()?
{?
????int?fd1;?

????//?FIFO?file?path?
????char?*?myfifo?=?"/tmp/myfifo";?

????char?str1[80],?str2[80];?
????while?(1)?
????{?
????????//?First?open?in?read?only?and?read?
????????fd1?=?open(myfifo,O_RDONLY);?
????????printf("The?fd?is:%d
",fd1);
????????read(fd1,?str1,?80);?

????????//?Print?the?read?string?and?close?
????????printf("User1:?%s",?str1);?
????????close(fd1);?

????????//?Now?open?in?write?mode?and?write?
????????//?string?taken?from?user.?
????????fd1?=?open(myfifo,O_WRONLY);?
????????fgets(str2,?80,?stdin);?
????????write(fd1,?str2,?strlen(str2)+1);?
????????close(fd1);?
????}?
????return?0;?
}?

?

下面是代碼運(yùn)行的一個結(jié)果：

i
mage-20210706132916572

說明一下，就是說當(dāng)運(yùn)行?write程序的時候，會創(chuàng)建fifo文件，命名管道，然后，在?write文件中就執(zhí)行open操作，但是，這里存在的一個問題就是，因為在運(yùn)行?write程序的時候，沒有進(jìn)程打開讀端，也就阻塞了?open函數(shù)的運(yùn)行,只有運(yùn)行read操作，以讀的方式讀取管道的數(shù)據(jù)，這樣才能使得write中的open函數(shù)繼續(xù)執(zhí)行。

綜上，也就是命名管道在進(jìn)程中通信的一個例子。

小結(jié)

上述就是本次進(jìn)程通信中關(guān)于管道的相關(guān)內(nèi)容，其中就包括匿名管道以及命名管道，他們之間存在著差別嗎，也各有各的應(yīng)用，本次的分享就到這里啦~