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Linux编程：5、进程通信-命名管道

news 来源：原创 2025/6/22 8:13:44

一、命名管道的定义与用途

定义：命名管道是一种特殊的文件，不同于匿名管道，它有文件名，可在文件系统中看到。
用途：解决匿名管道只能在有血缘关系进程（如父子进程或者有共同祖先的进程）间通信的限制，允许无血缘关系的进程间通信。

二、命名管道的创建方式

（一）命令行方式

命令：mkfifo 管道名，例如mkfifo myFifo。
查看属性：使用ll -l命令，管道文件类型标记为p，末尾可能有|符号。
直接读命名管道: 若没有其它进程将数据写入命名管道的操作就会阻塞
直接写命名管道: 若没有其它进程从命名管道读入数据的操作也会阻塞
一个进程读、一个进程写：

单纯的读或写命名管道都会被阻塞，必需在写操作的时候存在另一个进程在读命名管道才不会被阻塞

（二）编程方式

函数原型：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);。
参数说明：
- pathname：命名管道的路径。
- mode：管道文件的权限（如0666表示读写权限）。
结果：创建一个命名管道文件
返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。

代码演示：

// test1.cpp的代码#include <cstdlib>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#define FIFO_NAME "/root/test/my_fifo"      // 这里记得改成你自己的路径int main()
{if(access(FIFO_NAME, F_OK) == -1){// 不存在int ret = mkfifo(FIFO_NAME, 0660);if(ret != 0) {fprintf(stderr, "创建命名管道(%s)失败.\n", FIFO_NAME);exit(-1);}}printf("进程(%d)正在已读的方式打开管道(%s)...\n", getpid(), FIFO_NAME);int fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY);if (fd == -1) {fprintf(stderr, "进程(%d)打开管道 %s 失败\n", getpid(), FIFO_NAME);} else {printf("进程(%d)打开管道 %s 成功\n", getpid(), FIFO_NAME);}
}

// test2.cpp的代码#include <cstdlib>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#define FIFO_NAME "/root/test/my_fifo"  // 这里记得改成你自己的路径int main()
{if(access(FIFO_NAME, F_OK) == -1) {int ret = mkfifo(FIFO_NAME, 0660);if(ret != 0) {fprintf(stderr, "创建命名管道(%s)失败", FIFO_NAME);exit(-1);}}printf("进程(%d)正在以写的方式打开命名管道(%s)...\n", getpid(), FIFO_NAME);int fd = open(FIFO_NAME, O_WRONLY);if (fd == -1) {fprintf(stderr, "进程(%d)打开管道 %s 失败\n", getpid(), FIFO_NAME);}else {printf("进程(%d)打开管道 %s 成功\n", getpid(), FIFO_NAME);}return 0;
}

运行结果：
只运行了读操作

再运行写操作

三、命名管道的打开模式

（一）阻塞模式（默认）

读模式打开：若没有写进程打开管道，读操作会阻塞。
写模式打开：若没有读进程打开管道，写操作会阻塞。

（二）非阻塞模式（O_NONBLOCK）

组合使用：
- 读模式 + O_NONBLOCK：打开时不阻塞，直接执行后续代码。
- 写模式 + O_NONBLOCK：打开时不阻塞，直接执行后续代码。

四、命名管道的读写特性

（一）读操作特性

若无数据可读，读操作阻塞，直到有数据写入。
若管道写端被关闭，读操作返回 0。

（二）写操作特性

若管道已满，写操作阻塞，直到有空间可用。
若管道读端被关闭，写操作会导致错误。
数据长度限制：
- 若写入数据长度≤PIPE_BUF（通常 4KB），操作原子化，不会与其他写操作交错。
- 若写入数据长度 > PIPE_BUF，可能部分写入或失败。

（三）管道大小

命名管道的大小为 PIPE_BUF，由系统决定，一般为 4KB。

五、读写数据示例

1、从命名管道中读数据

// test1.cpp的代码
#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <linux/limits.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#define FIFO_NAME "/root/test/my_fifo"  // 这里记得改成你自己的路径int main()
{if (access(FIFO_NAME, F_OK) == -1) {// 不存在int ret = mkfifo(FIFO_NAME, 0660);if (ret != 0) {fprintf(stderr, "创建命名管道(%s)失败.\n", FIFO_NAME);exit(-1);}}// 以读的方式打开这个命名管道printf("进程(%d)正在以读的方式打开管道(%s)...\n", getpid(), FIFO_NAME);int fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY);if (fd == -1) {fprintf(stderr, "进程(%d)打开管道 %s 失败\n", getpid(), FIFO_NAME);}else {printf("进程(%d)打开管道 %s 成功\n", getpid(), FIFO_NAME);}// 读操作的初始buff全都是 'a'std::string buff(PIPE_BUF, 'a');int  ret   = 0;int count = 0;do {ret = read(fd, buff.data(), buff.size());if (ret < 0) {fprintf(stderr, "读管道失败");exit(1);}count += ret;} while (ret > 0);close(fd);printf("进程(%d)读到 %d 字节\n", getpid(), count);// 读完后，buff全都是 'b'printf("buff = \n%s\n", buff.c_str());return 0;
}

2、从命名管道中写数据

// test2.cpp的代码#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <linux/limits.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#define FIFO_NAME "/root/test/my_fifo"  // 这里记得改成你自己的路径int main()
{if (access(FIFO_NAME, F_OK) == -1) {// 不存在int ret = mkfifo(FIFO_NAME, 0660);if (ret != 0) {fprintf(stderr, "创建命名管道(%s)失败.\n", FIFO_NAME);exit(-1);}}// 以写的方式打开这个命名管道printf("进程(%d)正在以写的方式打开管道(%s)...\n", getpid(), FIFO_NAME);int fd = open(FIFO_NAME, O_WRONLY);if (fd == -1) {fprintf(stderr, "进程(%d)打开管道 %s 失败\n", getpid(), FIFO_NAME);}else {printf("进程(%d)打开管道 %s 成功\n", getpid(), FIFO_NAME);}std::string buff(PIPE_BUF, 'b');int         total = 10 * 1024 * 1024;int         count = 0;while (count < total) {int ret = write(fd, buff.c_str(), buff.size());if (ret < 0) {fprintf(stderr, "管道写入错误");exit(1);}count += total;}close(fd);return 0;
}