进程间通信--命名管道

第一部分：命名管道 (FIFO) —— 给管道起个名

1. 核心概念

• 匿名管道：在内存里，没有名字。只有父子进程能通过文件描述符看到它。
• 命名管道：在磁盘上有文件名。

• • 因为它有路径（比如/tmp/mypipe），所以任何进程，只要知道这个路径，有权限，就可以通过打开文件的方式来打开它。
  • 关键点：虽然它在磁盘上有个文件壳子，但数据本身是不存硬盘的。数据依然是在内核的内存缓冲区里流动。一旦断电或重启，数据就没了，但那个文件壳子还在。

2. 直观体验

你可以不写代码，直接在 Linux 终端感受一下。

1. 创建管道：使用命令mkfifo

Bash

mkfifo mypipe

1. 查看属性：

Bash

ls -l mypipe # 输出: prw-r--r-- 1 user group 0 ... mypipe

注意开头的p，这代表它是一个Pipe文件。

1. 测试通信：

• • 开一个终端 A（读端）：cat mypipe

• • • 现象：卡住了（阻塞）。因为它在等有人来写。

• • 开终端 B（写端）：echo "Hello FIFO" > mypipe

• • • 现象：终端 A 立刻打印出 "Hello FIFO"，然后命令结束。

第二部分：代码实战 —— Server & Client 通信模型

为了演示“毫无关系”的进程通信，我们需要写两个独立的程序：

1. server.cpp：负责创建管道，读取数据（读端）。
2. client.cpp：负责打开管道，发送数据（写端）。

这其实就是最简陋的服务器-客户端模型。

1. Server 端 (server.cpp)

#include <iostream> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <errno.h> #define FIFO_FILE "./mypipe" int main() { // 1. 创建命名管道 // 参数2：权限掩码 (类似 mkdir) if (mkfifo(FIFO_FILE, 0666) < 0) { if (errno != EEXIST) { // 如果文件已存在，不算错 perror("mkfifo"); return 1; } } std::cout << "Server: FIFO created, waiting for client..." << std::endl; // 2. 打开管道 (读方式) // 注意：这里会【阻塞】，直到有别的进程以写方式打开同一个 FIFO int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY); if (fd < 0) { perror("open"); return 2; } std::cout << "Server: Client connected!" << std::endl; // 3. 循环读取 char buffer[1024]; while (true) { memset(buffer, 0, sizeof(buffer)); ssize_t s = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1); if (s > 0) { // 读到数据 std::cout << "Client Say# " << buffer << std::endl; } else if (s == 0) { // 写端关闭了 (Client 退出) std::cout << "Client quit, Server quit." << std::endl; break; } else { perror("read"); break; } } close(fd); return 0; }

2. Client 端 (client.cpp)

#include <iostream> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #define FIFO_FILE "./mypipe" int main() { std::cout << "Client: Trying to connect server..." << std::endl; // 1. 打开管道 (写方式) // 只要 Server 端创建了 FIFO，Client 直接打开即可 int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY); if (fd < 0) { perror("open"); return 1; } std::cout << "Client: Connected! Please enter message:" << std::endl; // 2. 循环写入 std::string line; while (true) { std::cout << "> "; if (!std::getline(std::cin, line)) break; // Ctrl+D 退出 write(fd, line.c_str(), line.size()); } close(fd); return 0; }

3. 运行步骤

1. 编译：g++ server.cpp -o server和g++ client.cpp -o client。
2. 先在一个终端运行./server。你会发现它打印完 "waiting for client..." 就卡住了。
3. 在另一个终端运行./client。
4. 奇迹发生：Server 端瞬间提示 "Client connected!"。
5. 你在 Client 输入什么，Server 就能收到什么。

第三部分：深入原理 ——open的秘密

你可能注意到了，Server 在open的时候卡住了。这是命名管道的一个重要特性。

同步规则：

• 读端打开 (O_RDONLY)：会阻塞，直到有另一个进程以写方式打开同一个 FIFO。
• 写端打开 (O_WRONLY)：会阻塞，直到有另一个进程以读方式打开同一个 FIFO。

为什么这样设计？

这就好比打电话。

• Server 拿起了听筒（读端打开），如果对面没人拨号（写端未打开），Server 拿着听筒听空气没有任何意义，所以系统让它先等着。
• Client 拨了号（写端打开），如果对面没人接（读端未打开），话说给谁听呢？所以也得等着。
• 只有两头都通了，open才会同时返回，连接建立成功。

第四部分：匿名管道 vs 命名管道

这两种管道是 Linux IPC 的基础，我们做一个对比总结：