UNP（卷2：進程間通信）—— 第4章：管道和FIFO

管道

由pipe創建，提供一個單向的數據流。

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2]);
                                     // 返回：成功則爲0，出錯則爲-1

該函數返回兩個文件描述符 fd[0] 和 fd[1] 。前者打開來讀，後者打開來寫。

所有管道都是半雙工的，即單向數據流。

全雙工管道

某些系統提供全雙工管道：

1、SVR4的pipe函數。

2、socketpair函數。

/* socketpair - create a pair of connected sockets */

#include <sys/socket.h>

int socketpair(int domain, int type, int protocol, int socket_vector[2]);
                                                                           // 返回：成功則爲0，出錯則爲-1

popen 和 pclose 函數

#include <stdio.h>

FILE *popen(const char *command, const char *type);
                                                    // 返回：若成功則爲文件指針，若出錯則爲NULL

int pclose(FILE *stream);
                                                    // 返回：若成功則爲shell的終止狀態，若出錯則爲-1

popen 函數，它創建一個管道並啓動另外一個進程，該進程要麼從該管道讀出標準輸入，要麼往該管道寫入標準輸出。

command是一個shell命令行，

type：

（1）type爲 r ，調用進程讀進command的標準輸出。

（2）type爲 w，調用進程寫進command的標準輸入。

pclose函數關閉有popen創建的標準I/O流，等待其中的命令終止，然後返回shell的終止狀態。

FIFO

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

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
                                                      // 返回：成功則爲0，出錯則爲-1

pathname是一個路徑名。FIFO的名字。

mode參數指定文件權限位。

在創建出一個FIFO後，它必須或者打開來讀，或者打開來寫。不能打開來既讀又寫，因爲它是半雙工的。

首先，一個描述符能以兩種方式設置成非阻塞。

（1）調用open時可指定O_NONBLOCK標誌。

（2）如果一個描述符已經打開，那麼可以調用fcntl以啓用O_NONBLOCK標誌。

因爲管道沒有open調用，在pipe調用中沒法指定O_NONBLOCK標誌，所以管道必須使用fcntl函數來設置。

下面是關於管道或FIFO的讀出與寫入的若干額外規則。

（1）如果請求讀出的數據量多於管道或FIFO中當前可用數據量，那麼只返回這些可用的數據。

（2）如果請求寫入的數據的字節數小於或等於PIPE_BUF（一個Posix限制值，可以通過getconf命令查看PIPE_BUF的大小）,那麼write操作保證的原子的。這意味着，如果有兩個進程差不多同時往同一個管道或FIFO寫，那麼或者先寫入來自第一個進程的所有數據，再寫入來自第二個進程的所有數據，或者顛倒過來。系統不會互相混雜來自這兩個進程的數據。然而，如果請求寫入的數據的字節數大於PIPE_BUF，那麼write操作不能保證是原子的。

（3）O_NONBLOCK標誌的設置對write操作的原子性沒有影響。原子性完全是由所請求字節數是否小於等於PIPE_BUF決定的。然而當一個管道或FIFO設置成非阻塞時，來自write的返回值取決於待寫的字節數以及該管道或FIFO中當前可用空間的大小。

寫入的字節數小於等於PIPE_BUF：

a.如果該管道或FIFO中有足以存放所請求字節數的空間，那麼所有數據字節都寫入。

b.如果該管道或FIFO中沒有足以存放所請求字節數的空間，那麼立即返回一個EAGAIN錯誤。

寫入的字節數大於PIPE_BUF：

a.如果該管道或FIFO中至少有1字節空間，那麼內核寫入該管道或FIFO能容納數目的數據字節，該數目同時作爲來自write的返回值。

b.如果該管道或FIFO已滿，那麼立即返回一個EAGAIN錯誤。

（4）如果向一個沒有爲讀打開着的管道或FIFO寫入，那麼內核將產生一個SIGPIPE信號；

a.如果調用進程既沒有捕獲也沒有忽略該SIGPIPE信號，所採取的默認行爲就是終止該進程。

b.如果調用進程忽略了該SIGPIPE信號，或者捕獲了該信號並從其信號處理程序中返回，那麼write返回一個EPIPE錯誤。

管道和FIFO限制：

系統加於管道和FIFO的唯一限制爲：

OPEN_MAX        一個進程在任意時刻打開的最大描述符數。（Posix要求至少爲16）

PIPE_BUF          可原子地寫往一個管道或FIFO的最大數據量。（Posix要求至少爲512）

定義在頭文件<limits.h>