Linux下進(jìn)程通信 匿名管道pipe

3 命名管道(FIFO/named PIPE)

• 匿名管道(pipe):這個(gè)方式的一個(gè)缺陷，就是這些就進(jìn)程都是由一個(gè)共同的祖先進(jìn)程啟動(dòng)，這給我們?cè)诓幌嚓P(guān)的進(jìn)程之間交換數(shù)據(jù)帶來(lái)了不方便。
  無(wú)名管道只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間，這就大大限制了管道的使用。而有名管道可以解決這個(gè)問(wèn)題，他可以實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)進(jìn)程之間的通信。

有名管道的創(chuàng)建可以使用mkfifo函數(shù)，函數(shù)的使用類(lèi)似于open函數(shù)的使用，可以指定管道的路徑和打開(kāi)的模式。

3.1 什么是命名管道

• 命名管道也被稱(chēng)為FIFO或者named pipe，它是一種特殊類(lèi)型的文件，它在文件系統(tǒng)中以文件名的形式存在，但是它的行為卻和之前所講的匿名管道類(lèi)似。
• FIFO(First in, First out) 為一種特殊的文件類(lèi)型，它在文件系統(tǒng)中有對(duì)應(yīng)的路徑。
• 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程以讀(r)的方式打開(kāi)該文件，而另一個(gè)進(jìn)程以寫(xiě)(w)的方式打開(kāi)該文件，那么內(nèi)核就會(huì)在兩個(gè)進(jìn)程之間建立管道，所以FIFO實(shí)際上也由內(nèi)核管理，不與硬盤(pán)打交道。
• 叫FIFO，因?yàn)楣艿辣举|(zhì)上是一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ，最早放入的數(shù)據(jù)被最先讀出來(lái)，從而保證信息交流的順序。
• 寫(xiě)模式的進(jìn)程向FIFO中寫(xiě)入，而讀模式的進(jìn)程從FIFO文件中讀出。當(dāng)刪除FIFO文件時(shí)，管道連接也隨之消失。FIFO的好處在于我們可以通過(guò) 文件的路徑來(lái)識(shí)別管道，從而讓沒(méi)有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間建立連接 **

3.2 命名管道的讀寫(xiě)規(guī)則

• 1、從FIFO中讀取數(shù)據(jù)的約定：如果一個(gè)進(jìn)程為了從FIFO中讀取數(shù)據(jù)而阻塞打開(kāi)了FIFO，那么該進(jìn)程內(nèi)的讀操作 為設(shè)置了阻塞標(biāo)志的讀操作。
• 2、從FIFO中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的約定：如果一個(gè)進(jìn)程為了想FIFO中寫(xiě)入數(shù)據(jù)而阻塞打開(kāi)了FIFO，那么該進(jìn)程內(nèi)的寫(xiě)操作 為設(shè)置了阻塞標(biāo)志的寫(xiě)操作。

3.3 命名管道的安全問(wèn)題

• 讓寫(xiě)操作原子化，怎么才能使寫(xiě)操作原子化呢？
• 系統(tǒng)規(guī)定，在一個(gè)以O(shè)_WRONLY(即阻塞方式)打開(kāi)的FIFO中，如果寫(xiě)入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于等于PIPE_BUF，那么或者寫(xiě)入全部字節(jié)，或者一個(gè)字節(jié)都不寫(xiě)入。如果所有的寫(xiě)請(qǐng)求都是發(fā)往一個(gè)阻塞的FIFO的，并且每個(gè)寫(xiě)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于等于PIPE_BUF字節(jié)，系統(tǒng)就可以確保數(shù)據(jù)絕不會(huì)交錯(cuò)在一起。

相比TCP通信方式

命名管道常常用于應(yīng)用程序之間的通迅，由于不需要進(jìn)行序列化和反序列化操作，效率是非常高的。相比TCP通信方式,效率更高，但比共享內(nèi)存要低點(diǎn)。

Android JNI之命名管道(FIFO/mkfifo)的使用

場(chǎng)景描述：在JNI層使用mkfifo，并且讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，同時(shí)在A(yíng)ndroid Java層讀寫(xiě)fifo數(shù)據(jù)。

Android Java層讀寫(xiě)fifo數(shù)據(jù)，獲取fifo路徑后，new File能夠成功，說(shuō)明路徑是對(duì)的，但是然后用各種Stream，都無(wú)法成功獲得可用的流，進(jìn)而無(wú)法繼續(xù)操作。
暫時(shí)的結(jié)論，Java層讀寫(xiě)fifo數(shù)據(jù)比較有困難，new 各種Stream時(shí)會(huì)阻塞住出不來(lái)，有空了再試，可能的原因可以看完本文，可能與底層申請(qǐng)只讀權(quán)限不會(huì)成功有關(guān)系。

先說(shuō)說(shuō)在JNI層使用mkfifo，首先，F(xiàn)IFO的路徑怎么確定，不是隨便給個(gè)路徑就能mkfifo成功的，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，路徑可以這樣確定，在A(yíng)NDROID JAVA層寫(xiě)如下代碼：

String fifoName="my_test_fifo";     
  String seprator = File.separator;
  //get full fifo auto
  String dataDir=context.getApplicationInfo().dataDir;
 
  String fullFifoPath=dataDir+seprator+fifoName;//this is the full path you want!!!

獲取到完整的FIFO路徑(fullFifoPath)后，便可以通過(guò)JNI接口傳入底層C/C++代碼，底層利用這個(gè)完整的路徑進(jìn)行mkfifo，open，write，read等操作：

//fifo操作自己本身需要的幾個(gè)頭文件，其它需要的頭文件自己看著加
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
 
int fd_fifo;//fifo handle
char *fifoPath="your fifo path";//不要hard code，換成你自己的fifo路徑
if (mkfifo(fifoPath, 0666)<0 && errno != EEXIST)
{
    //LOGI("can't create fifo ");
   return; 
}
 
//mkfifo success
 
fd_fifo=open(fifoPath, O_RDONLY | O_NONBLOCK);
if( fd_fifo<0)
{
   // LOGI("fd=%d,can't open fifoPath%s",fd_fifo,fifoPath);
   return;
}
else
{
   // LOGI("fd=%d,Success open fifoPath=%s",fd_fifo,fifoPath);
}

需要額外提醒大家一點(diǎn)的就是，在進(jìn)行open操作的時(shí)候，關(guān)于權(quán)限問(wèn)題，這是在A(yíng)NDROID上調(diào)用底層代碼特有的一個(gè)詭異的地方，還沒(méi)找到具體的原因，大家注意一下就行了：

如果打開(kāi)時(shí)權(quán)限參數(shù)為只讀，會(huì)失敗，如下代碼：

fd_fifo=open(fifoPath， O_WRONLY | O_NONBLOCK);

返回值fd_fifo會(huì)是-1，代表失敗，如果把O_NONBLOCK去掉，則會(huì)一直阻塞住出不來(lái)。但是如果打開(kāi)權(quán)限是可讀寫(xiě)（O_RDWR）和只讀（O_RDONLY）都會(huì)成功，同時(shí)，一個(gè)詭異的地方，一旦申請(qǐng)過(guò)O_RDWR，后面再用O_WRONLY就會(huì)成功了，下面是我依次以不同權(quán)限open的返回值結(jié)果：

2020-12-10 19:00:30.005 5327-5383/com.example.myapplication I/log_c: testfd_wo=-1 //O_WRONLY | O_NONBLOCK，失敗
2020-12-10 19:00:30.005 5327-5383/com.example.myapplication I/log_c: testfd_wr=94//O_RDWR | O_NONBLOCK，成功
2020-12-10 19:00:30.005 5327-5383/com.example.myapplication I/log_c: testfd_ro=95//O_RDONLY | O_NONBLOCK，成功
2020-12-10 19:00:30.005 5327-5383/com.example.myapplication I/log_c: testfd_w=96//O_WRONLY | O_NONBLOCK，成功，因?yàn)榍懊嬉設(shè)_RDWR的權(quán)限open過(guò)，所以這里成功了！

JAVA層new各種stream會(huì)阻塞住出不來(lái)的現(xiàn)象，暫時(shí)能得到的原因是：java里面new stream的時(shí)候默認(rèn)是以阻塞方式去new 的，雖然路徑存在，但是申請(qǐng)不到，就一直阻塞住。

參考

命名管道文件的使用
使用命名管道實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信
Android JNI之命名管道(FIFO/mkfifo)的使用(2)