Linux システムの名前付きパイプ (FIFO)

Linux システムは、マルチタスクの同時実行をサポートするオペレーティング システムであり、複数のプロセスを同時に実行できるため、システムの使用率と効率が向上します。ただし、これらのプロセス間でデータ交換とコラボレーションが必要な場合は、シグナル、メッセージ キュー、共有メモリ、セマフォなどのプロセス間通信 (IPC) メソッドを使用する必要があります。その中でも有名なパイプ (FIFO) は、比較的シンプルで強力な IPC 方式であり、ファイルの内容や形式を気にすることなく、複数のプロセスがファイルを介してデータを送信できるようになります。この記事では、有名なパイプの作成、オープン、読み取り、書き込み、クローズ、削除など、Linux システムにおける名前付きパイプ (FIFO) の方法を紹介します。

名前のないパイプのアプリケーションの主な制限は、名前がないため、アフィニティを使用したプロセス間通信にのみ使用できることです。この制限は、名前付きパイプ (名前付きパイプまたは FIFO) の導入後に克服されました。 。 FIFO は、FIFO ファイルの形式でファイル システム内に存在する、それに関連付けられたパス名を提供するという点でパイプとは異なります。これにより、FIFOを作成したプロセスと関係のないプロセスであっても、パスにアクセスできる限り（パスにアクセスできるプロセスとFIFOを作成したプロセスの間）、FIFOを介して通信することができます。したがって、FIFO を介した相関関係はなく、プロセス間でデータを交換することもできます。 FIFO は厳密に先入れ先出し (先入れ先出し) に従っていることに注意してください。パイプおよび FIFO からの読み取りでは常に先頭からデータが返され、書き込みでは最後にデータが追加されます。 lseek() などのファイルの場所の操作はサポートされていません。
パイプのバッファには制限があります (パイプ システムはメモリ内に存在し、パイプの作成時にバッファにページ サイズが割り当てられます)
パイプが送信するのはフォーマットされていないバイト ストリームであり、パイプのリーダーとライターは、メッセージ (またはコマンド、またはレコード) としてカウントされるバイト数など、データのフォーマットについて事前に合意する必要があります。

FIFO 開始ルール:

現在のオープン操作が読み取り用に FIFO をオープンすることである場合、対応するプロセスがすでに書き込み用に FIFO をオープンしている場合、現在のオープン操作は正常に戻ります。そうでない場合は、対応するプロセスが書き込み用に FIFO をオープンするまでブロックされる可能性があります (現在のオープン操作にはブロック フラグが設定されています); または、正常に戻ります (現在のオープン操作にはブロック フラグが設定されていません)。
現在のオープン操作が書き込み用に FIFO をオープンすることである場合、対応するプロセスがすでに読み取り用に FIFO をオープンしている場合、現在のオープン操作は正常に戻ります。そうでない場合は、対応するプロセスが読み取り用に FIFO をオープンするまで (現在のオープン操作はブロックされる可能性があります)オープン操作 ブロック フラグが設定されている)、または ENXIO エラーが返されます (現在のオープン操作に対してブロック フラグが設定されていません)。

FIFO からデータを読み取る:

その後、ブロック フラグが設定された読み取り操作は常にブロックされます (つまり、ブロックされてデータを待機します。CPU リソースを消費しません。このプロセス同期方法は CPU にとって非常に効率的です。)
ブロック フラグを設定しない読み取り操作の場合は、-1 が返され、現在の errno 値は EAGAIN になり、後で再試行するように通知されます。

ブロックする理由は 2 つあります

1. FIFO内有数据，但有其它进程在读这些数据
2. FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入，不论信写入数据量的大小，也不论读操作请求多少数据量。

读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用，如果本进程内有多个读操作序列，则在第一个读操作被唤醒并完成读操作后，其它将要执行的读操作将不再阻塞，即使在执行读操作时，FIFO中没有数据也一样,此时，读操作返回0。

注：如果FIFO中有数据，则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞，此时，读操作会返回FIFO中现有的数据量。

向FIFO中写入数据：

约定：如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作。

对于设置了阻塞标志的写操作：

1. 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数，则进入睡眠，直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时，才开始进行一次性写操作。（PIPE_BUF ==>> /usr/include/linux/limits.h）
2. 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操作在写完所有请求写的数据后返回。

对于没有设置阻塞标志的写操作：

1. 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后，写操作返回。
2. 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒以后再写；

简单描述下上面设置了阻塞标志的逻辑
设置了阻塞标志

if (buf_to_write then
 if ( buf_to_write > system_buf_left ) //保证写入的原子性,要么一次性把buf_to_write全都写完，要么一个字节都不写！
 then
  block ;
  until ( buf_to_write else
  write ;
 fi
else
 write ; //不管怎样，就是不断写，知道把缓冲区写满了才阻塞
fi

管道写端 pipe_read.c

/pipe_read.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"
#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF

int main()
{
int pipe_fd;
int res;

int open_mode = O_RDONLY;
char buffer[BUFFER_SIZE + 1];
int bytes = 0;

memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));

printf("Process %d opeining FIFO O_RDONLY\n", getpid());
pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);
printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);

if (pipe_fd != -1)
{
do{
res = read(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);
bytes += res;
printf("%d\n",bytes);
}while(res > 0);
close(pipe_fd);
}
else
{
exit(EXIT_FAILURE);
}

printf("Process %d finished, %d bytes read\n", getpid(), bytes);
exit(EXIT_SUCCESS);
}

管道读端 pipe_write.c

//pipe_write.c

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
  
#define FIFO_NAME "/tmp/my_fifo"  
#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF  
#define TEN_MEG (1024 * 100)  
  
int main()  
{  
    int pipe_fd;  
    int res;  
    int open_mode = O_WRONLY;  
  
    int bytes = 0;  
    char buffer[BUFFER_SIZE + 1];  
  
    if (access(FIFO_NAME, F_OK) == -1)  
    {  
        res = mkfifo(FIFO_NAME, 0777);  
        if (res != 0)  
        {  
            fprintf(stderr, "Could not create fifo %s\n", FIFO_NAME);  
            exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
    }  
  
    printf("Process %d opening FIFO O_WRONLY\n", getpid());  
    pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);  
    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);  
  
   //sleep(20);
    if (pipe_fd != -1)  
    {  
        while (bytes if (res == -1)  
            {  
                fprintf(stderr, "Write error on pipe\n");  
                exit(EXIT_FAILURE);  
            }  
            bytes += res;  
        printf("%d\n",bytes);
        }  
        close(pipe_fd);  
    }  
    else  
    {  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    printf("Process %d finish\n", getpid());  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}

本文介绍了Linux システムの名前付きパイプ (FIFO)的方法，包括有名管道的创建、打开、读写、关闭和删除等方面。通过了解和掌握这些知识，我们可以更好地使用有名管道（FIFO）来实现进程间通信，提高系统的性能和可靠性。当然，Linux システムの名前付きパイプ (FIFO)还有很多其他的特性和用法，需要我们不断地学习和探索。希望本文能给你带来一些启发和帮助。

以上がLinux システムの名前付きパイプ (FIFO)の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。