Основы программирования в Linux - Мэтью Нейл

Упражнение 13.10. Организации доступа к файлу FIFO

1. Сначала попробуйте прочесть (пустой) файл FIFO:

$ <b>cat &lt; /tmp/my_fifo</b>

2. Теперь попытайтесь записать в FIFO. Вам придется использовать другой терминал, поскольку первая команда в данный момент "зависла" в ожидании появления каких-нибудь данных в FIFO:

$ <b>echo &quot;Hello World&quot; &gt; /tmp/my_fifo</b>

Вы увидите вывод команды cat. Если не посылать никаких данных в канал FIFO, команда cat будет ждать до тех пор, пока вы не прервете ее выполнение, традиционно комбинацией клавиш <Ctrl>+<C>.

3. Можно выполнить обе команды одновременно, переведя первую в фоновый режим:

$ <b>cat &lt; /tmp/my_fifo &amp;</b>

[1] 1316

$ <b>echo &quot;Hello World&quot; &gt; /tmp/my_fifo</b>

Hello World

[1]+ Done   cat &lt;/tmp/my_fifo

$

Как это работает

Поскольку в канале FIFO не было данных, обе команды, cat и echo, приостанавливают выполнение, ожидая, соответственно, поступления каких-нибудь данных и какого-либо процесса для их чтения.

На третьем шаге процесс cat с самого начала заблокирован в фоновом режиме. Когда echo делает доступными некоторые данные, команда cat читает их и выводит в стандартный вывод. Обратите внимание на то, что она затем завершается, не дожидаясь дополнительных данных. Программа cat не блокируется, т.к. канал уже закрылся, когда завершилась вторая команда, поместившая данные в FIFO, поэтому вызовы read в программе cat вернут 0 байтов, обозначая этим конец файла.

Теперь, когда вы посмотрели, как ведут себя каналы FIFO при обращении к ним с помощью программ командной строки, давайте рассмотрим более подробно программный интерфейс, предоставляющий больше возможностей управления операциями чтения и записи при организации доступа к FIFO.

Примечание

В отличие от канала, созданного вызовом pipe, FIFO существует как именованный файл, но не как открытый файловый дескриптор, и должен быть открыт перед тем, как можно будет из него читать данные или в него записывать их. Открывается и закрывается канал FIFO с помощью функций open и close, которые вы ранее применяли к файлам, но с дополнительными функциональными возможностями. Вызову open передается полное имя FIFO вместо полного имени обычного файла.

Открытие FIFO с помощью open

Основное ограничение при открытии канала FIFO состоит в том, что программа не может открыть FIFO для чтения и записи с режимом O_RDWR. Если программа нарушит это ограничение, результат будет непредсказуемым. Это очень разумное ограничение, т.к., обычно канал FIFO применяется для передачи данных в одном направлении, поэтому нет нужды в режиме O_RDWR. Процесс стал бы считывать обратно свой вывод, если бы канал был открыт для чтения/записи.

Если вы действительно хотите передавать данные между программами в обоих направлениях, гораздо лучше использовать пару FIFO или неименованных каналов, по одному для каждого направления передачи, или (что нетипично) явно изменить направление потока данных, закрыв и снова открыв канал FIFO. Мы вернемся к двунаправленному обмену данными с помощью каналов FIFO чуть позже в этой главе.

Другое различие между открытием канала FIFO и обычного файла заключается в использовании флага open_flag (второй параметр функции open) со значением O_NONBLOCK. Применение этого режима open изменяет способ обработки не только вызова open, но и запросов read и write для возвращаемого файлового дескриптора.

Существует четыре допустимых комбинации значений O_RDONLY, O_WRONLY и O_NONBLOCK флага. Рассмотрим их все по очереди.

open(const char *path, O_RDONLY);

В этом случае вызов open блокируется, он не вернет управление программе до тех пор, пока процесс не откроет этот FIFO для записи. Это похоже на первый пример с командой cat.

open(const char *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);

Теперь вызов open завершится успешно и вернет управление сразу, даже если канал FIFO не был открыт для записи каким-либо процессом.

open(const char *path, O_WRONLY);

В данном случае вызов open будет заблокирован до тех пор, пока процесс не откроет тот же канал FIFO для чтения.

open(const char *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK);

Этот вариант вызова всегда будет возвращать управление немедленно, но если ни один процесс не открыл этот канал FIFO для чтения, open вернет ошибку, -1, и FIFO не будет открыт. Если есть процесс, открывший FIFO для чтения, возвращенный файловый дескриптор может использоваться для записи в канал FIFO.

Примечание

Обратите внимание на асимметрию в использовании O_NONBLOCK с O_RDONLY и O_WRONLY, заключающуюся в том, что неблокирующий вызов open для записи завершается аварийно, если ни один процесс не открыл канал для чтения, а неблокирующий вызов open для чтения не возвращает ошибку. На поведение вызова close флаг O_NONBLOCK влияния не оказывает.

Выполните упражнение 13.11.

Упражнение 13.11. Открытие файлов FIFO

Теперь рассмотрим, как можно использовать поведение вызова open с флагом, содержащим O_NONBLOCK, для синхронизации двух процессов. Вместо применения нескольких программ-примеров вы напишите одну тестовую программу fifo2.c, которая позволит исследовать поведение каналов FIFO при передаче ей разных параметров.

1. Начните с заголовочных файлов, директивы #define и проверки правильности количества предоставленных аргументов командной строки:

#include &lt;unistd.h&gt;