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      linux系統中的有名管道(FIFO)

      更新時間: 2015-01-30 15:59:26來源: 粵嵌教育瀏覽量:3205

      無名管道應用的一個重大限制是它沒有名字,因此,只能用于具有親緣關系的進程間通信,在有名管道(named pipe或FIFO)提出后,該限制得到了克服。FIFO不同于管道之處在于它提供一個路徑名與之關聯,以FIFO的文件形式存在于文件系統中。這樣,即 使與FIFO的創建進程不存在親緣關系的進程,只要可以訪問該路徑,就能夠彼此通過FIFO相互通信(能夠訪問該路徑的進程以及FIFO的創建進程之 間),因此,通過FIFO不相關的進程也能交換數據。值得注意的是,FIFO嚴格遵循先進先出(first in first out),對管道及FIFO的讀總是從開始處返回數據,對它們的寫則把數據添加到末尾。它們不支持諸如lseek()等文件定位操作。
      管道的緩沖區是有限的(管道制存在于內存中,在管道創建時,為緩沖區分配一個頁面大小)
      管道所傳送的是無格式字節流,這就要求管道的讀出方和寫入方必須事先約定好數據的格式,比如多少字節算作一個消息(或命令、或記錄)等等

      FIFO往往都是多個寫進程,一個讀進程。

      FIFO的打開規則:

      如果當前打開操作是為讀而打開FIFO時,若已經有相應進程為寫而打開該FIFO,則當前打開操作將成功返回;否則,可能阻塞直到有相應進程為寫而打開該FIFO(當前打開操作設置了阻塞標志);或者,成功返回(當前打開操作沒有設置阻塞標志)。
      如果當前打開操作是為寫而打開FIFO時,如果已經有相應進程為讀而打開該FIFO,則當前打開操作將成功返回;否則,可能阻塞直到有相應進程為讀而打開該FIFO(當前打開操作設置了阻塞標志);或者,返回ENXIO錯誤(當前打開操作沒有設置阻塞標志)。


      總之就是一句話,一旦設置了阻塞標志,調用mkfifo建立好之后,那么管道的兩端讀寫必須分別打開,有任何一方未打開,則在調用open的時候就阻塞。


      從FIFO中讀取數據:

      約定:如果一個進程為了從FIFO中讀取數據而阻塞打開FIFO,那么稱該進程內的讀操作為設置了阻塞標志的讀操作。(意思就是我現在要打開一個有名管道來讀數據!)

      如果有進程寫打開FIFO,且當前FIFO內沒有數據(可以理解為管道的兩端都建立好了,但是寫端還沒開始寫數據!)

      則對于設置了阻塞標志的讀操作來說,將一直阻塞(就是block住了,等待數據。它并不消耗CPU資源,這種進程的同步方式對CPU而言是非常有效率的。)
      對于沒有設置阻塞標志讀操作來說則返回-1,當前errno值為EAGAIN,提醒以后再試。

      對于設置了阻塞標志的讀操作說(見上面的約定)


      造成阻塞的原因有兩種

      1、FIFO內有數據,但有其它進程在讀這些數據
      2、FIFO內沒有數據。解阻塞的原因則是FIFO中有新的數據寫入,不論信寫入數據量的大小,也不論讀操作請求多少數據量。

      讀打開的阻塞標志只對本進程個讀操作施加作用,如果本進程內有多個讀操作序列,則在個讀操作被喚醒并完成讀操作后,其它將要執行的讀操作將不再阻塞,即使在執行讀操作時,FIFO中沒有數據也一樣,此時,讀操作返回0。

      注:如果FIFO中有數據,則設置了阻塞標志的讀操作不會因為FIFO中的字節數小于請求讀的字節數而阻塞,此時,讀操作會返回FIFO中現有的數據量。


      向FIFO中寫入數據:

      約定:如果一個進程為了向FIFO中寫入數據而阻塞打開FIFO,那么稱該進程內的寫操作為設置了阻塞標志的寫操作。


      對于設置了阻塞標志的寫操作:


      1、 當要寫入的數據量不大于PIPE_BUF時,linux將保證寫入的原子性。如果此時管道空閑緩沖區不足以容納要寫入的字節數,則進入睡眠,直到當緩沖區 中能夠容納要寫入的字節數時,才開始進行一次性寫操作。(PIPE_BUF ==>> /usr/include/linux/limits.h)
      2、當要寫入的數據量大于PIPE_BUF時,linux將不再保證寫入的原子性。FIFO緩沖區一有空閑區域,寫進程就會試圖向管道寫入數據,寫操作在寫完所有請求寫的數據后返回。

      對于沒有設置阻塞標志的寫操作:

      1、當要寫入的數據量大于PIPE_BUF時,linux將不再保證寫入的原子性。在寫滿所有FIFO空閑緩沖區后,寫操作返回。
      2、當要寫入的數據量不大于PIPE_BUF時,linux將保證寫入的原子性。如果當前FIFO空閑緩沖區能夠容納請求寫入的字節數,寫完后成功返回;如果當前FIFO空閑緩沖區不能夠容納請求寫入的字節數,則返回EAGAIN錯誤,提醒以后再寫。

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