PHP多进程编程(三) 管道通讯2

上一节介绍了管道基本概念和无名管道，这一节来看看有名管道。

有名管道概述及相关API应用

2.1 有名管道相关的关键概念

管道应用的一个重大限制是它没有名字，所以，只能用于具备亲缘关系的进程间通讯，在有名管道（named pipe或FIFO）提出后，该限制获得了克服。FIFO不一样于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即便与FIFO的建立进程不存在亲缘关系的进程，只要能够访问该路径，就可以彼此经过FIFO相互通讯（可以访问该路径的进程以及FIFO的建立进程之间），所以，经过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读老是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操做。

2.2有名管道的建立

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是建立后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。 若是mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，因此通常典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，若是确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就能够了。通常文件的I/O函数均可以用于FIFO，如close、read、write等等。

2.3有名管道的打开规则

有名管道比管道多了一个打开操做：open。

FIFO的打开规则：

• 若是当前打开操做是为读而打开FIFO时，若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操做将成功返回；不然，可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO（当前打开操做设置了阻塞标志）；或者，成功返回（当前打开操做没有设置阻塞标志）。

• 若是当前打开操做是为写而打开FIFO时，若是已经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操做将成功返回；不然，可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO（当前打开操做设置了阻塞标志）；或者，返回ENXIO错误（当前打开操做没有设置阻塞标志）。

2.4有名管道的读写规则

从FIFO中读取数据：

约定：若是一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的读操做为设置了阻塞标志的读操做。

• 若是有进程写打开FIFO，且当前FIFO内没有数据，则对于设置了阻塞标志的读操做来讲，将一直阻塞。对于没有设置阻塞标志读操做来讲则返回-1，当前errno值为EAGAIN，提醒之后再试。

• 对于设置了阻塞标志的读操做说，形成阻塞的缘由有两种：当前FIFO内有数据，但有其它进程在读这些数据；另外就是FIFO内没有数据。解阻塞的缘由则是FIFO中有新的数据写入，不论信写入数据量的大小，也不论读操做请求多少数据量。

• 读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操做施加做用，若是本进程内有多个读操做序列，则在第一个读操做被唤醒并完成读操做后，其它将要执行的读操做将再也不阻塞，即便在执行读操做时，FIFO中没有数据也同样（此时，读操做返回0）。

• 若是没有进程写打开FIFO，则设置了阻塞标志的读操做会阻塞。

注：若是FIFO中有数据，则设置了阻塞标志的读操做不会由于FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞，此时，读操做会返回FIFO中现有的数据量。

向FIFO中写入数据：

约定：若是一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的写操做为设置了阻塞标志的写操做。

对于设置了阻塞标志的写操做：

• 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。若是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，直到当缓冲区中可以容纳要写入的字节数时，才开始进行一次性写操做。

• 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将再也不保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操做在写完全部请求写的数据后返回。

对于没有设置阻塞标志的写操做：

• 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将再也不保证写入的原子性。在写满全部FIFO空闲缓冲区后，写操做返回。

• 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。若是当前FIFO空闲缓冲区可以容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；若是当前FIFO空闲缓冲区不可以容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒之后再写；

对FIFO读写规则的验证：

下面提供了两个对FIFO的读写程序，适当调节程序中的不多地方或者程序的命令行参数就能够对各类FIFO读写规则进行验证。

程序1：写FIFO的程序

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <errno.h>

#include <fcntl.h>

#define FIFO_SERVER "/tmp/fifoserver"

main(int argc,char** argv)

//参数为即将写入的字节数

{

int fd;

char w_buf[4096*2];

int real_wnum;

memset(w_buf,0,4096*2);

if((mkfifo(FIFO_SERVER,O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST))

printf("cannot create fifoserver\n");

if(fd==-1)

if(errno==ENXIO)

printf("open error; no reading process\n");

      fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);

//设置非阻塞标志

//fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY,0);

//设置阻塞标志

real_wnum=write(fd,w_buf,2048);

if(real_wnum==-1)

{

if(errno==EAGAIN)

printf("write to fifo error; try later\n");

}

else 

printf("real write num is %d\n",real_wnum);

real_wnum=write(fd,w_buf,5000);

//5000用于测试写入字节大于4096时的非原子性

//real_wnum=write(fd,w_buf,4096);

//4096用于测试写入字节不大于4096时的原子性

if(real_wnum==-1)

if(errno==EAGAIN)

printf("try later\n");

}

程序2：与程序1一块儿测试写FIFO的规则，第一个命令行参数是请求从FIFO读出的字节数

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <errno.h>

#include <fcntl.h>

#define FIFO_SERVER "/tmp/fifoserver"

main(int argc,char** argv)

{

char r_buf[4096*2];

int  fd;

int  r_size;

int  ret_size;

r_size=atoi(argv[1]);

printf("requred real read bytes %d\n",r_size);

memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));

fd=open(FIFO_SERVER,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);

//fd=open(FIFO_SERVER,O_RDONLY,0);

//在此处能够把读程序编译成两个不一样版本：阻塞版本及非阻塞版本

if(fd==-1)

{

printf("open %s for read error\n");

exit();

}

while(1)

{

memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));

ret_size=read(fd,r_buf,r_size);

if(ret_size==-1)

if(errno==EAGAIN)

printf("no data avlaible\n");

printf("real read bytes %d\n",ret_size);

sleep(1);

}

pause();

unlink(FIFO_SERVER);

}

程序应用说明：

把读程序编译成两个不一样版本：

• 阻塞读版本:br

• 以及非阻塞读版本nbr

把写程序编译成两个四个版本：

• 非阻塞且请求写的字节数大于PIPE_BUF版本：nbwg

• 非阻塞且请求写的字节数不大于PIPE_BUF版本：版本nbw

• 阻塞且请求写的字节数大于PIPE_BUF版本：bwg

• 阻塞且请求写的字节数不大于PIPE_BUF版本：版本bw

下面将使用br、nbr、w代替相应程序中的阻塞读、非阻塞读

验证阻塞写操做：

当请求写入的数据量大于PIPE_BUF时的非原子性：

• nbr 1000

• bwg

当请求写入的数据量不大于PIPE_BUF时的原子性：

• nbr 1000

• bw

验证非阻塞写操做：

当请求写入的数据量大于PIPE_BUF时的非原子性：

• nbr 1000

• nbwg

请求写入的数据量不大于PIPE_BUF时的原子性：

• nbr 1000

• nbw

无论写打开的阻塞标志是否设置，在请求写入的字节数大于4096时，都不保证写入的原子性。但两者有本质区别：

对于阻塞写来讲，写操做在写满FIFO的空闲区域后，会一直等待，直到写完全部数据为止，请求写入的数据最终都会写入FIFO；

而非阻塞写则在写满FIFO的空闲区域后，就返回(实际写入的字节数)，因此有些数据最终不可以写入。

对于读操做的验证则比较简单，再也不讨论。

2.5有名管道应用实例

在验证了相应的读写规则后，应用实例彷佛就没有必要了。

小结：

管道经常使用于两个方面：（1）在shell中时常会用到管道（做为输入输入的重定向），在这种应用方式下，管道的建立对于用户来讲是透明的；（2）用于具备亲缘关系的进程间通讯，用户本身建立管道，并完成读写操做。

FIFO能够说是管道的推广，克服了管道无名字的限制，使得无亲缘关系的进程一样能够采用先进先出的通讯机制进行通讯。

管道和FIFO的数据是字节流，应用程序之间必须事先肯定特定的传输"协议"，采用传播具备特定意义的消息。

要灵活应用管道及FIFO，理解它们的读写规则是关键。