Linux匿名管道和命名管道的区别

概述

管道是 UNIX系统 IPC的最古老的形式，所有的UNIX系统都提供此种通信。所谓的管道，也就是内核里面的一串缓存，从管道的一段写入的数据，实际上是缓存在内核中的，令一端读取，也就是从内核中读取这段数据。对于管道传输的数据是无格式的流且大小受限。对于管道来说，也分为匿名管道和命名管道，其中命名管道也被叫做 FIFO，下面则分别阐述这两种管道。

匿名管道

默认情况下，在 Shell命令执行过程中，任何一个命令都有一个标准输入设备（键盘）、标准输出设备（显示器）和标准输出设备（显示器），使用管道"|"可以将两个命令连接起来，从而改变标准的输入输出方式,下面是在 Linux 端运行命令行的一个截图：

image-20210704161819420

上述命令中的意思也就是，将ls命令得到的结果作为 grep tags命令的输入。

image-20210704162803903

连接输入输出的中间设备即为一个管道文件，综上，也就是说使用管道可以将一个命令的输出作为另一个命令的输入（在运行的时候，一个命令将创建一个进程），而这种管道是临时的，命令执行完毕之后就会自动消失，这类管道称为无名管道。

匿名管道例子

匿名管道在使用前要先创建，其函数的声明如下：

 

extern int pipe (int __pipedes[2]);

 

此函数的参数是一个整型数组，如果执行成功，pipe 将存储两个整型文件描述符于__pipedes[0]和__pipedes[1]中，他们分别指向管道的两端。如果系统调用失败，则返回 -1。

读无名管道，该函数的声明如下：

 

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

 

第一个参数fd为打开的文件描述符，buf为读出数据的存储位置，nbytes为读取数据的大小，调用 read 函数将从 fd 指向的文件描述符指定的打开文件中宏读 n 字节到 buf 指向的缓冲区内。

如果试图向已经填满的管道写入，系统会自动阻塞。一个管道不能同时被两个进程打开。

 

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

 

从 buf指向的缓冲区中向管道中写入nbytes字节，且每次写入的内容都附件在管道的末端。

那要如何使用管道在两个进程之间通信呢，我们可以使用 fork()创建子进程，创建的子进程会复制父进程的文件描述符，这样就做到了两个进程各有两个fd[0]与fd[1]，两个进程就可以通过各自的fd写入和读取同一个管道文件实现进程通信了，具体原理如下所示：

image-20210704170602297

具体的例子如下所示：

 

#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) // 创建管道
    {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == fork() == -1)
    {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    else if (pid == 0)      // 子进程
    {
        printf("now,write data to pipe
");
        if (write(pipedes[1], s, 14) == -1)   // 写数据到管道
        {
            perror("write");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        else
        {
            printf("the written data is:%s
",s);
            exit(EXIT_SUCESS);
        }
    }
    else if (pid > 0)     // 父进程
    {
        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;
}

 

代码运行的结果如下所示：

image-20210704172243185

命名管道

命名管道又被称之为是 FIFO ，未命名的管道只能在两个相关的进程之间使用，而且这两个相关的进程还要又一个共同创建了他们的祖先进程，但是，通过 FIFO ，不相关的进程也能交换数据。

首先，介绍下是如何创建命名管道的：

 

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

 

mkfifo会根据参数建立特殊的有名管道文件，该文件必须不存在，而参数mode为该文件的权限。

下面是一个使用命名管道进行进程间通信的例子，例子分为两个程序，分别是读部分和写部分,首先看先往管道写数据的代码，代码如下所示：

 

#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; 
}

 

然后是先往管道读数据的代码，代码如下所示：

 

#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; 
} 

 

下面是代码运行的一个结果：

i
mage-20210706132916572

说明一下，就是说当运行 write程序的时候，会创建fifo文件，命名管道，然后，在 write文件中就执行open操作，但是，这里存在的一个问题就是，因为在运行 write程序的时候，没有进程打开读端，也就阻塞了 open函数的运行,只有运行read操作，以读的方式读取管道的数据，这样才能使得write中的open函数继续执行。

综上，也就是命名管道在进程中通信的一个例子。

小结

上述就是本次进程通信中关于管道的相关内容，其中就包括匿名管道以及命名管道，他们之间存在着差别吗，也各有各的应用，本次的分享就到这里啦~

　　审核编辑：汤梓红