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🌹往期回顧🌹：【Linux筆記】進程間通信——匿名管道||進程池
🔖流水不爭，爭的是滔滔不

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一、命名管道簡介

命名管道是一種特殊的文件類型，它在文件系統中有一個名字，就像普通文件一樣，但它的作用不是存儲數據，而是用于進程間通信。與匿名管道不同，命名管道可以在不相關的進程之間進行通信，并且可以跨越不同的主機（在支持網絡命名管道的系統中）。

特點

• 半雙工或全雙工：命名管道可以配置為半雙工或全雙工模式。在半雙工模式下，數據可以在兩個方向上傳輸，但不能同時進行；在全雙工模式下，數據可以同時在兩個方向上傳輸，這使得通信更加靈活，能滿足不同應用場景的需求。
• 面向字節流：命名管道以字節流的形式傳輸數據，這意味著發送方寫入管道的數據會以連續的字節序列被接收方讀取，沒有固定的消息邊界。接收方需要自己根據應用層的協議來解析數據。
• 同步或異步操作：對命名管道的讀寫操作可以是同步的，也可以是異步的。同步操作會阻塞進程，直到操作完成；異步操作則允許進程在操作進行的同時繼續執行其他任務，提高了程序的并發性能。

工作原理

當一個進程打開命名管道進行寫入時，操作系統會為該管道分配一個緩沖區。進程將數據寫入緩沖區，然后操作系統負責將數據傳遞給連接到該管道的讀取進程。如果管道緩沖區已滿，寫入進程可能會被阻塞，直到有空間可用。
讀取進程從管道中讀取數據時，會從緩沖區中獲取數據。如果緩沖區中沒有數據，讀取進程可能會阻塞，直到有數據可供讀取。

優缺點

• 優點：使用命名管道進行進程間通信相對簡單，不需要復雜的網絡編程知識。它提供了一種可靠的通信機制，保證數據的順序性和完整性。此外，命名管道可以在不同的操作系統平臺上使用，具有較好的跨平臺性。
• 缺點：命名管道的性能可能不如其他一些高性能的通信機制，如共享內存。在處理大量數據時，可能會存在一定的性能瓶頸。另外，命名管道的通信是基于字節流的，需要應用程序自己處理數據的解析和格式轉換，增加了編程的復雜性。

二、命名管道的一些特性

命名管道的創建

命名管道可以從命令行上創建，命令行方法是使用下面這個命令

mkfifo filename

命名管道也可以從程序里創建，相關函數

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

創建命名管道:

int main(int argc, char *argv[])
{mkfifo("p2", 0644);return 0;
}

匿名管道與命名管道的區別

匿名管道由pipe函數創建并打開。命名管道由mkfifo函數創建，打開用open。FIFO（命名管道）與pipe（匿名管道）之間唯一的區別在它們創建與打開的方式不同，一但這些工作完成之后，它們具有相同的語義。

命名管道的打開規則

如果當前打開操作是為讀而打開FIFO時

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應進程為寫而打開該FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻返回成功

如果當前打開操作是為寫而打開FIFO時

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應進程為讀而打開該FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻返回失敗，錯誤碼為ENXIO

基于命名管道進程間通信的demo代碼

通過命名管道，客戶端進行寫操作，服務端進行讀操作

comm.hpp主邏輯的實現

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
using namespace std;#define PATH "."
#define FILENAME "fifo"class NamedFifo
{
public:NamedFifo(const string& path,const string& name):_path(path),_name(name){_fifoname=_path+"/"+_name;//創建管道umask(0);int n=mkfifo(_fifoname.c_str(),0666);if(n<0){cout<<"管道創建失敗"<<endl;}else{cout<<"管道創建成功"<<endl;}}~NamedFifo(){int n=unlink(_fifoname.c_str());if(n<0){cout<<"管道刪除失敗"<<endl;}else{cout<<"管道刪除成功"<<endl;}}
private:string _path;string _name;string _fifoname;
};class FillOper
{
public:FillOper(const string& path,const string& name):_path(path),_name(name),_fd(-1){_fifoname=_path+"/"+_name;}void OpenForRead()//打開管道文件進行讀操作{_fd=open(_fifoname.c_str(),O_RDONLY);if(_fd<0){cout<<"管道文件打開失敗"<<endl;}else{cout<<"管道文件打開成功"<<endl;}}void OpenForWrite(){_fd=open(_fifoname.c_str(),O_WRONLY);if(_fd<0){cout<<"管道文件打開失敗"<<endl;}else{cout<<"管道文件打開成功"<<endl;}}void Write()//客戶端寫{string message;int cnt=1;pid_t id=getpid();while(true){cout<<"請輸入信息"<<endl;getline(cin,message);message+=(",message number:"+to_string(cnt++)+",["+to_string(id)+"]");write(_fd,message.c_str(),message.length());}}void Read()//服務端讀{while(true){char buffer[1024];int number=read(_fd,buffer,sizeof(buffer)-1);if(number>0){buffer[number]=0;cout<<"client say:"<<buffer<<endl;}else if(number==0){cout<<"客戶端進程退出，服務端進程也退出"<<endl;break;}else{cout<<"讀取錯誤"<<endl;break;}}}void Close(){if(_fd>0){close(_fd);}}~FillOper(){}
private:string _path;string _name;string _fifoname;int _fd;};

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class NamedFifo
{
public:NamedFifo(const string& path,const string& name):_path(path),_name(name){_fifoname=_path+"/"+_name;//創建管道umask(0);int n=mkfifo(_fifoname.c_str(),0666);if(n<0){cout<<"管道創建失敗"<<endl;}else{cout<<"管道創建成功"<<endl;}}~NamedFifo(){int n=unlink(_fifoname.c_str());if(n<0){cout<<"管道刪除失敗"<<endl;}else{cout<<"管道刪除成功"<<endl;}}
private:string _path;string _name;string _fifoname;
};

以上NamedFifo類 里面構造命名管道與析構命名管道包含了創建管道和刪除管道。

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class FillOper
{
public:FillOper(const string& path,const string& name):_path(path),_name(name),_fd(-1){_fifoname=_path+"/"+_name;}void OpenForRead()//打開管道文件進行讀操作{_fd=open(_fifoname.c_str(),O_RDONLY);if(_fd<0){cout<<"管道文件打開失敗"<<endl;}else{cout<<"管道文件打開成功"<<endl;}}void OpenForWrite(){_fd=open(_fifoname.c_str(),O_WRONLY);if(_fd<0){cout<<"管道文件打開失敗"<<endl;}else{cout<<"管道文件打開成功"<<endl;}}void Write()//客戶端寫{string message;int cnt=1;pid_t id=getpid();while(true){cout<<"請輸入信息"<<endl;getline(cin,message);message+=(",message number:"+to_string(cnt++)+",["+to_string(id)+"]");write(_fd,message.c_str(),message.length());}}void Read()//服務端讀{while(true){char buffer[1024];int number=read(_fd,buffer,sizeof(buffer)-1);if(number>0){buffer[number]=0;cout<<"client say:"<<buffer<<endl;}else if(number==0){cout<<"客戶端進程退出，服務端進程也退出"<<endl;break;}else{cout<<"讀取錯誤"<<endl;break;}}}void Close(){if(_fd>0){close(_fd);}}~FillOper(){}
private:string _path;string _name;string _fifoname;int _fd;};

以上FillOper類里面，OpenForRead()方法是打開管道文件進行讀操作，OpenForWrite()方法是打開文件進行寫操作，Write()方法是客戶端進行寫操作，Read()方法是服務端進行讀操作。

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客戶端寫

#include "comm.hpp"
int main()
{FillOper wf(PATH,FILENAME);wf.OpenForWrite();wf.Write();wf.Close();return 0;
}

服務端讀

#include "comm.hpp"
int main()
{NamedFifo fifo(PATH,FILENAME);FillOper rd(PATH,FILENAME);rd.OpenForRead();rd.Read();rd.Close();return 0;
}