【Linux】进程间通信——命名管道

命名管道

什么是命名管道

命名管道，也称为 FIFO（First In First Out），是一种 进程间通信（IPC） 机制，它允许不相关的进程（即没有父子关系的进程）通过文件系统中的特殊文件进行数据传输。

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命名管道 vs. 无名管道

类型	说明	适用场景
匿名管道	pipe() 创建，仅限于父子进程之间通信	适用于父进程创建子进程并通信
命名管道	mkfifo() 创建，存在于文件系统中，可用于任意进程间通信	适用于独立进程间通信

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如何创建命名管道

手动创建命名管道：

mkfifo FIFO

这个FIFO也是一个文件，被操作系统特殊标记过，是管道文件。
在C语言库中有一个函数也是mkfifo，这个接口解决了进程间通信的问题。

用命名管道实现进程间通信

我们创建一下文件，Client是模拟的客户端用于发送请求，server是服务端，用于接收请求，Comm用于存储全局变量，还有一些都要用到的函数，Makefile用来编译可执行程序，首先我们将Makefile完善。

Makefile

SERVER=server 
CLIENT=client 
cc=g++
SERVER_SRC=Server.cc
CLIENT_SRC=Client.cc.PHONY:all
all:$(SERVER) $(CLIENT)$(SERVER):$(SERVER_SRC)$(cc) -o $@ $^ -std=c++11
$(CLIENT):$(CLIENT_SRC)$(cc) -o $@ $^ -std=c++11.PHONY:clean
clean:rm -f $(SERVER) $(CLIENT)

由于在Makefile中只能创建一个可执行文件，所以我们需要加上这一段：

这一段表示all，这个伪目标依赖下面两个可执行程序，所以不得不创建下面两个可执行程序来完成这个伪目标了。

Comm.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <thread>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
using namespace std;//双方通信使用的文件
const string gpipefile = "./fifo";
const mode_t gmode = 0600;//允许拥有者写，所属组和other什么权限都没有
const int gdefulted = -1;
const int gsize = 1024;
const int gForRead = O_RDONLY;
const int gForWrite = O_WRONLY;//打开管道
int OpenPipe(int flag)
{//以只读方式打开int fd = open(gpipefile.c_str(),flag);if(fd < 0){cerr<<"open error"<<endl;return false;}return fd;
}
void ClosePipeHelper(int fd)
{if(fd >= 0) close(fd);
}

由于客户端和服务器都要打开管道和关闭管道，所以我们将这两个接口放在Comm中，但是因为这两个端的打开方式不一样，所以我们用一个参数来代替，调用这个函数的时候只需要传递调用的方式就行了。

Server.hpp

#pragma once
#include "Comm.hpp"class Init
{
public://创建文件Init(){umask(0);//先将缺省权限清零int n = mkfifo(gpipefile.c_str(),gmode);if(n < 0)//创建管道文件失败{cerr<<"mkfifo error"<<endl;return;}cout<<"mkfifo success"<<endl;}//销毁文件~Init(){//删除当前路径下的文件int n = unlink(gpipefile.c_str());//判断是否删除成功if(n < 0){cerr<<"unlink error"<<endl;return;}cout<<"unlink success"<<endl;}
};Init init;class Server
{
public://初始化Server():_fd(gdefulted){}bool OpenPipeForRead(){_fd = OpenPipe(gForRead);if(_fd < 0)return false;return true;}//读取管道//string *out:输出型参数//const string &输入型参数//string &输入输出型参数 int RecvPipe(string *out){char buffer[gsize];//读取文件ssize_t n = read(_fd,buffer,sizeof(buffer)-1);//预留一个空间，后面是期望读这么多，n是实际读取的字节数if(n > 0)//读取成功{buffer[n]=0;//读取成功将buffer带出去*out = buffer;}//返回read实际的字节数return n;}void ClosePipe(){ClosePipeHelper(_fd);}~Server(){}
private:int _fd;
};

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首先是创建管道文件，我们封装一个类，用于管理管道文件的创建和销毁，声明一个全局变量，构造函数用于创建管道，析构函数用于销毁管道，由于全局变量的生命周期是和程序一样的，所以当程序结束的时候管道文件也跟着销毁，也意味着通信结束。

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Server是客户端用于接收请求，意思是我们要将Client发送的信息输出到屏幕上。

这个函数就是用于读取管道内部客户端发送的请求。

Client.hpp

#pragma once
#include "Comm.hpp"//看到同一份资源class Client
{
public://初始化Client():_fd(gdefulted){}//打开管道bool OpenpipeForWrite(){_fd = OpenPipe(gForWrite);if(_fd < 0) return false;return true;}//发送管道int SendPipe(const string& in){return write(_fd,in.c_str(),sizeof(in));}//关闭管道void ClosePipe(){ClosePipeHelper(_fd);}~Client(){}
private:int _fd;
};

Client唯一和Server不一样的就是一个是读取，一个是发送，而Client就是发送，向服务器发送信息。

所以这里直接向管道中写即可。

string *out:输出型参数 | const string &输入型参数 | string &输入输出型参数
上面是每个参数的意义

Server.cpp

#include "Server.hpp"int main()
{Server server;server.OpenPipeForRead();string message;while(true){if(server.RecvPipe(&message) > 0){cout<<"client Say#"<<message<<endl;}else break;}cout<<"client quit,me too"<<endl;server.ClosePipe();return 0;
}

Client.cpp

#include "Client.hpp"int main()
{Client client;client.OpenpipeForWrite();string message;while(true){cout<<"please Enter#";getline(cin,message);client.SendPipe(message);//这里的message从标准输入来}client.ClosePipe();return 0;
}

效果

当客户端关闭时服务器也会跟着关闭

总结

命名管道（FIFO）作为 Linux 进程间通信（IPC）的一种机制，提供了一种基于文件系统的数据传输方式，使得不相关进程之间也能进行数据交换。相比于无名管道，它具有更高的灵活性，不需要父子进程关系，适用于生产者-消费者模式、日志收集、进程调试等场景。

通过 mkfifo 创建命名管道，我们可以实现进程间的数据流动，而不必使用共享内存或消息队列等复杂机制。命名管道不仅支持流式数据传输，还能够跨终端、跨进程进行数据交互，极大简化了进程间通信的实现。

总结来说，命名管道是一种简单、高效、灵活的 IPC 机制，适用于轻量级的数据传输需求，在系统编程和日常应用中都有着广泛的应用。

通过实践，我们也看到了命名管道的易用性与强大功能，它使得开发者能够更加高效地实现进程间的数据交换，促进了软件系统的模块化与解耦。