【Linux】Linux进程间通信：命名管道（FIFO）的模拟实现重要知识点梳理 - 实践

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文章目录

• • 一、命名管道（FIFO）：跨进程通信的“桥梁”
  • • 1. 命名管道的核心特性
    • 2. 命名管道的核心接口（代码级）
    • • （1）创建管道：mkfifo
      • （2）删除管道：unlink
    • 3. 命名管道实战：Server与Client通信
    • • （1）服务器端（server.cc）：读数据
      • （2）客户端（client.cc）：写数据
    • 4. 通信关键机制与问题解决
    • • （1）`open`阻塞机制
      • （2）写端关闭的处理
      • （3）常见Bug：信息打印乱码
    • 5. 命名管道优化：封装成类（C++）
    • • （1）封装头文件（Fifo.hpp）
      • （2）封装Read/Write接口
      • （3）优化后Server与Client代码
    • 6. 命名管道扩展：完成文件拷贝
    • • （4）宏定义优化：简化错误处理

一、命名管道（FIFO）：跨进程通信的“桥梁”

命名管道（FIFO）是Linux中一种简单的进程间通信方式，核心优势是能让无血缘关系的进程（比如两个独立的程序）互相传递数据，就像搭建了一条专用“数据管道”。

1. 命名管道的核心特性

• 有固定文件名，存储在文件系统中（可用ls命令查看），但实际不存数据（数据在内存中）。
• 通信时需“两端配合”：必须有一个进程写（open为写模式）、一个进程读（open为读模式），否则open会阻塞（等另一端准备好）。

2. 命名管道的核心接口（代码级）

操作FIFO主要依赖3个核心接口：mkfifo（创建管道）、open/close/read/write（读写数据）、unlink（删除管道）。

（1）创建管道：mkfifo

• 功能：在文件系统中创建一个FIFO材料，作为进程通信的“标识”。
• 头文件：需包含 <sys/stat.h> 和 <sys/types.h>。
• 接口参数与返回值：
  
  • pathname：FIFO的文件名（比如"./myfifo"），进程通过这个路径找到管道。
  • mode：管道的权限（比如0664，表示所有者、组用户可读写，其他用户可读）。
  • 返回值：成功返回0，失败返回-1（比如文件已存在）。

（2）删除管道：unlink

• 功能：删除FIFO文件，释放管道占用的资源（避免文件残留）。
• 接口参数与返回值：
  
  • pathname：要删除的FIFO文件名（和mkfifo的路径一致）。
  • 返回值：成功返回0，失败返回-1（比如文件不存在）。

3. 命名管道实战：Server与Client通信

FIFO通信需要两个独立程序：server.cc（读数据）和client.cc（写数据），必须同时运行才能通信。

（1）服务器端（server.cc）：读数据

核心逻辑：创建管道 → 打开管道（读模式） → 读取数据 → 关闭管道 → 删除管道。
代码细节如下：

• 创建管道：先判断mkfifo是否成功，失败则报错（比如管道已存在）。
  
• 删除管道：一般在程序结束前调用unlink，确保资源释放（即使程序异常退出，也建议在后续处理中删除）。
  
• 打开、读取、关闭管道：用open打开管道（读模式），read循环读取数据，close关闭文件描述符。
  
  • 注意：open为读模式时，会阻塞等待，直到有客户端以写模式打开管道，才会返回。

（2）客户端（client.cc）：写资料

核心逻辑：打开管道（写模式） → 写入数据 → 关闭管道（无需创建/删除管道，由服务器负责）。
代码细节如下：

• 客户端只需用open打开已存在的FIFO（写模式），直接write写入数据即可；写完后close，服务器会收到read返回0的信号（表示写端关闭）。

4. 通信关键机制与问题解决

（1）open阻塞机制

FIFO的open有个“等待特性”：

• 若进程以“读模式”打开管道（O_RDONLY），会阻塞到有进程以“写模式”打开。
• 若进程以“写模式”打开管道（O_WRONLY），会阻塞到有进程以“读模式”打开。
  效果如下：
  
  只有两端都打开管道，才能开始通信（写端写数据，读端立刻能读到）。

（2）写端关闭的处理

当客户端（写端）close后，服务器（读端）的read会返回0（表示“无更多数据”）。此时需要在服务器代码中判断，避免无限循环读0。
修改前（无提示，读端会一直循环）：

修改后（判断read返回0，提示“写端关闭”并退出）：

（3）常见Bug：信息打印乱码

若直接用printf("%s", buf)打印读取的buf，可能出现乱码——因为read读取的是“二进制数据”，不一定以\0结尾（C语言中%s需要\0标识字符串结束）。
Bug效果：

解决方法：手动给buf加\0（注意预留\0的位置，比如buf大小1024，最多读1023字节）。
修改代码：

修改后效果（无乱码）：

5. 命名管道优化：封装成类（C++）

为了简化代码、避免重复操作（比如每次都写mkfifo、open、close），可以用C++类封装FIFO的操作，核心思路是：

• 构造函数：创建管道、打开档案描述符。
• 析构函数：关闭文件描述符、删除管道。
• 提供Read和Write成员函数，供外部调用。

（1）封装头文件（Fifo.hpp）

• 构造函数：创建管道并打开（根据“读/写角色”决定open模式）。
  
• 析构函数：关闭文件描述符、删除管道（确保资源释放）。
  
• 管道名优化：用宏定义统一管道路径，避免硬编码（方便修改）。
  

（2）封装Read/Write接口

• 读接口：循环读取数据，自动处理\0（避免乱码）。
  
• 写接口：接收字符串，直接写入管道。
  

（3）优化后Server与Client代码

• 服务器端（只需创建Fifo对象，调用Read）：
  
• 客户端（创建Fifo对象，调用Write）：
  

6. 命名管道扩展：实现资料拷贝

利用FIFO的通信能力，可以达成“客户端传材料、服务器存文件”的能力。核心逻辑是：

• 客户端：打开要拷贝的文件 → 读取材料内容 → 写入FIFO。
• 服务器：从FIFO读取内容 → 写入新资料。
  代码示例（服务器端核心逻辑）：
  

（4）宏定义优化：简化错误处理

频繁判断“函数返回值是否为-1”会让代码冗余，可定义宏来封装“错误打印+进程退出”的逻辑。

• 未用宏时（代码冗余）：
  
• 定义宏（\是C语言的“换行符续接”，让宏跨多行更易读）：
  
• 用宏后（代码简洁，直接调用CHECK即可）：