FIFO管道

计算机术语

它是一种文件类型，在文件系统中可以看到。程序中可以查看文件stat结构中st_mode成员的值来判断文件是否是FIFO文件。创建一个FIFO文件类似于创建文件，FIFO文件就像普通文件一样。

文件概括

FIFO中可以很好地解决在无关进程间数据交换的要求，并且由于它们是存在于文件系统中的，这也提供了一种比匿名管道更持久稳定的通信办法。

FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据。在shell中mkfifo命令可以建立有名管道，下面通过一个实例来帮助读者理解FIFO。

相关指令

mkfifo命令的帮助手册如下所示：

mkfifo [option] name...

其中option选项中可以选择要创建FIFO的模式，使用形式为-m mode，这里mode指出将要创建FIFO的八进制模式，注意，这里新创建的FIFO会像普通文件一样受到创建进程的umask修正。在shell中输入命令如下：

–m 600 fifocat

＜fifocat

$./recat ＞ fifocat

#include

#define BUFES PIPE_BUF

int main ( void )

{

FILE *fp;

char * buf[BUFSZ];

...

pclose ( fp ) ; /*关闭管道*/

exit (0) ;

}

以上实例使用系统命令mkfifo创建FIFO类型文件fifocat，并通过14.2.4节的程序recat来读取文件recat.c，将程序的标准输出从定向到fifocat中，再使用命令cat从fifocat读出数据。

文件创建

创建一个FIFO文件类似于创建文件，FIFO文件就像普通文件一样，也是可以经过路径名来访问的。相应文件stat结构的域st_mode的编码指明了文件是否是FIFO类型。FIFO管道通过函数mkfifo创建，函数原型如下：

#include

int mkfifo( const char * filename, mode_t mode );

mkfifo函数中参数mode指定FIFO的读写权限，新创建FIFO的用户ID和组ID规则域open函数相同。参数filename指定新创建FIFO的文件名称。函数如果成功返回0，出错返回–1，并更改errno的值。errno有可能出现的值为：EACCESS、EEXIST、ENAMETOO- LONG、ENOENT、ENOSPE、ENOTDIR和EROFS。

下面实例演示了如何使用mkfifo函数来创建一个FIFO。程序中从程序的命令行参数中得到一个文件名，然后使用mkfifo函数创建FIFO文件。新创建的FIFO只具有读写权限。由于FIFO文件的特性，所以它被隐性地规定不具有执行权限。

程序清单14-5 create_fifo.c 使用mkfifo函数创建FIFO管道

#include

int main (int argc, char *argv[] )

{

mode_t mode = 0666; /*新创建的FIFO模式*/

if ( argc != 2 ){

/*向用户提示程序使用帮助*/

printf

exit (1);

}

/* 使用mkfifo函数创建一个FIFO管道*/

if ( ( mkfifo (argv[1], mode )) < 0) {

exit ( 1 );

}

else

/* 输出FIFO文件的名称 */

exit (0);

}

（2）在shell中编译该程序如下：

create_fifo.c–o create_fifo

（3）在shell中运行该程序如下：

$./ create_fifo

USEMSG: create_fifo {fifoname}

输入正确的命令符。

$./ create_fifo fifo1

you successfully create a FIFO name is :fifo1

$./ create_fifo fifo1

mkfifo: File exists

上述程序使用mkfifo函数创建一个FIFO，名字是基于用户的输入文件名，可以看到当要创建一个已经存在的FIFO时，程序会产生一个EEXIST的异常，相对应该异常，perror函数打印了相应的帮助信息为mkfifo: File exists。

读写操作

一般的I/O（open close read write unlink）函数都可以用于FIFO文件，需要注意的是，在使用open函数打开一个FIFO文件时，open函数参数flag标志位的O_NONBLOCK标志，它关系到函数的返回状态。详细说明如表14-2所示。

表14-2 open函数的flag(O_NONBLOCK)详细说明

FIFO的写操作规则类似于匿名管道的写操作规则，当没有进程为读打开FIFO，调用write函数来进行写操作会产生信号SIGPIPE，则信号可以被捕捉或者完全忽略。

%注意：当FIFO的所有写进程都已经关闭，则为FIFO的读进程产生一个文件结束符。

FIFO的出现，极好地解决了系统在应用过程中产生的大量的中间临时文件的问题。FIFO可以被shell调用使数据从一个进程到另一个进程，系统不必为该中间通道去烦恼清理不必要的垃圾，或者去释放该通道的资源，它可以被留做后来的进程使用。并且规避了匿名管道在作用域的限制，可应用于不相关的进程之间。

下面实例演示了使用FIFO来进行两个进程间通信的例子。在程序write_fifo.c中打开一个名为fifo1的FIFO文件，并分10次向这个FIFO中写入数据。在程序read_fifo.c中先打开fifo1文件，读取里面的数据并输出到标准输出中。

在vi编辑器中编辑该程序如下：

程序清单14-6 write_fifo.c 使用FIFO进行通信

#include

#define BUFES PIPE_BUF

int main(void)

{

int fd ;

int n, i ;

char buf[BUFES];

time_t tp;

printf getpid()); /*说明进程的ID*/

exit(1);

}

for ( i=0 ; i<10; i++){ /*循环10次向FIFO中写入数据*/

time(&tp); /*取系统当前时间*/

/*使用sprintf 函数向buf中格式化写入进程ID 和时间值*/

n=sprintf getpid(),ctime(&tp));

printf

if((write(fd, buf, n+1))<0) { /*写入到FIFO中*/

close(fd); /* 关闭FIFO文件 */

exit(1);

}

sleep(3); /*进程睡眠3秒*/

}

close(fd); /* 关闭FIFO文件 */

exit(0);

}

程序中使用open函数打开一个名为fifo1的FIFO管道，并分10次向fifo1中写入字符串，其中的数据有当前进程ID以及写入时的系统时间。并把这个数据串输出到标准输出，然后程序自动睡眠3秒。

（1）在vi编辑器中编辑该程序如下：

程序清单14-7 read_fifo.c 使用FIFO进行通信

#include

#define BUFES PIPE_BUF

int main(void)

{

int fd;

int len;

char buf[BUFES];

mode_t mode = 0666; /* FIFO文件的权限 */

{

exit(1);

}

while((len=read(fd,buf, BUFES))>0) /* 开始进行通信 */

printf

close(fd); /* 关闭FIFO文件 */

exit(0);

}

程序中使用open函数以读方式打开一个名为fifo1的FIFO管道，并循环读出管道的数据，这里使用while循环的作用就是确保数据可以全部读出，因为在读FIFO管道数据时，默认的是一次性读取PIPE_BUF个字节，当管道中数据多于PIPE_BUF个字节时，一次性读出PIPE_BUF-1个字节，然后read函数返回，再打印数据到标准输出。

（2）在shell中分别编译上述两个程序如下：

write_fifo.c–o write_fifo

read_fifo.c–o read_fifo

（3）在shell中使用mkfifo创建程序中将要用到的FIFO管道。

–m 666 fifo1

（4）打开两个shell分别运行程序write_fifo 和程序 read_fifo。一个shell中输入如下：

$./write_fifo

i am 3708

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:01 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:04 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:07 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:10 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:13 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:16 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:19 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:22 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:25 2008

Send msg:write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:28 2008

另一个shell中输入如下：

$./read_fifo

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:01 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:04 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:07 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:10 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:13 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:16 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:19 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:22 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:25 2008

read_fifo read: write_fifo 3708 sends Thu Apr 17 18:26:28 2008

上述例子可以扩展成客户端与服务器通信的实例，write_fifo的作用类似于客户端，可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息，read_fifo类似于服务器，它适时监控着FIFO的读出端，当有数据时，读出并进行处理，但是有一个关键的问题是，每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口，如图1所示。

图1 FIFO在客户端与服务器通信的应用1

文件缺点

当然FIFO也有它的局限性，如图2所示。客户端可以发请求到服务器，但前提是要知道一个公共的FIFO通道，对于实现服务器回传应答到客户端的问题，可以通过为每一个客户端创建一个专用的FIFO，来实现回传应答。但也有不足，服务器会同时应答成千上万个客户端，创建如此多的FIFO是否会使系统负载过大，相应的如何判断客户端是否因意外而崩溃成为难题，或者客户端不读取应答直接退出，所以服务器必须处理SIGPIPE信号，并做相应处理。

%说明：在服务器端打开公共FIFO的时候，如果以读（O_RDONLY）打开，则当所有的客户端都退出时，服务器端会读取到文件结束符（read返回值为0）。这个问题的解决办法是服务器以读写（O_RDWR）打开公共FIFO，或者对read的返回值为0时进行特殊处理。如图2所示。服务器与客户端如何实现互相通信。

图2 FIFO在客户端与服务器通信的应用2

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