《UNP》-IPC學習筆記（2）：管道和FIFO

jia_killer

1、概述
管道是最初的UNIX IPC形式，由于管道沒有名字，所以只能在用于有親緣關(guān)系的進程（所謂的親緣關(guān)系是指進程間有共同的祖先）。FIFO則被稱為命名管道。
先說明fork，exec，_exit函數(shù)對管道及fifo函數(shù)的影響：
fork：子進程取得父進程的管道以及fifo描述字的拷貝。
exec：所有代開的描述字依舊打開，除非已經(jīng)設(shè)置描述字的FD_CLOEXEC位。
_exit：關(guān)閉所有打開的描述字，最后一個描述字關(guān)閉時刪除管道與FIFO中的數(shù)據(jù)。
管道和FIFO涉及的函數(shù)有：pipe, mkfifo, fcntl, open, read, write, close, unlink.
2、管道函數(shù)及說明：int pipe(int fd[2]);
（1）、這個函數(shù)提供一個單向管道。fd是輸出參數(shù)，fd[0]用來讀出，fd[1]用來寫入（這里的讀出和寫入是的賓語是管道）。函數(shù)成功返回0，錯誤返回-1.
注意：a、linux的system call（相當于系統(tǒng)API）函數(shù)的返回值是成功返回0，返回其他的就表示出錯，而windows的api函數(shù)則剛好相反，錯誤返回0，成功返回其他。b、這里不寫函數(shù)的頭文件，要知道它用到那些頭文件，在類unix下用man來查看即可，如：man 2 pipe，2表示pipe是一個系統(tǒng)調(diào)用，如果是c函數(shù)庫里面的函數(shù)則按3。
（2）、管道的典型用途如下(用來作為父子進程消息的共享)：
a、創(chuàng)建管道1（int fd1[2]) 和管道2(int fd2[2]);
b、fork創(chuàng)建子進程
c、父進程關(guān)閉管道1的讀出端和2的寫入端（fd1[0]，fd2[1])
d、子進程關(guān)閉管道2的讀出端和1的寫入端（fd1[1]，fd2[0])
代碼如下：
int pipe1[2];
int pipe2[2];
pid_t childPid;
pipe(pipe1);
pipe(pipe2);

if( ( childPid = fork()) == 0 ) /* child process */
{
    close(pipe1[1]);
    close(pipe2[0]);
    ...   /* your code */
}
/* parent process */
close(pipe1[0]);
close(pipe2[1]);
...
waitpid(childPid, NULL, 0);
...
子進程在這里用來專門做一件事情，像服務(wù)器。而父進程就相當于客戶端。如是，子進程在完成任務(wù)之后就exit（0），那么但子進程終止時候變成僵尸進程（zombie），內(nèi)核給父進程發(fā)送一個信號SIGCHILD，但是父進程沒有撲抓，缺省行為是忽略；父進程后面調(diào)用到waitpid的時候就可以等待childPid進程的終止，取得終止狀態(tài)。如果沒有waitpid而直接返回，則父進程返回后那個僵尸子進程將成為托孤給init進程的孤兒進程。內(nèi)核將為init進程發(fā)送SIGCHILD信號。
這樣子，就變成： 客戶-->管道fd1-->服務(wù)器；服務(wù)器-->fd2-->客戶
3、fifo 有名管道（fifo的意思是：先進先出）
也是一個半雙工的單向數(shù)據(jù)流，但是有一個路徑名與之相連。函數(shù)如下：
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
說明：
a、mkfifo函數(shù)已經(jīng)隱含制訂了O_CREAT | O_EXCL也就是說如果pathname那個管道已經(jīng)存在，則返回一個錯誤值EEXIST，如果想打開一個已經(jīng)存在的管道，用open()即可。
b、由于fifo是先進先出的，所以write函數(shù)總是往管道末尾寫入數(shù)據(jù)，而read函數(shù)總是從管道的開頭返回數(shù)據(jù)，如果用lseek定位文件指針，會返回ESPIPE錯誤。
應用：
/* server.c */
...
if( ( mkfifo(FIFO1, FILE_MODE )
if( ( mkfifo(FIFO2, FILE_MODE )
readfd = open(FIFO1, O_RDONLY, 0);
writefd = open(FIFO2, O_WRONLY, 0);
/* your code */
exit(0);
這是服務(wù)器進程的FIFO，其中FIFO1，F(xiàn)IFO2可以定義一個宏來指定，比如，#define FIFO1 "/temp/fifo.1"(路徑名隨意，不過由于是臨時的文件，一般放在/temp目錄下，權(quán)限比較低嘛)
打開文件之后就可以用read，write函數(shù)往管道讀寫信息了，F(xiàn)IFO1，F(xiàn)IFO2就是像文件描述符。
再看client的代碼：
/* client.h */
writefd = open(FIFO1, O_WRONLY, 0);
readfd = open(FIFO2, O_RDONLY, 0);
/* your code */

close(writefd);
close(readfd);

unlink(FIFO1);
unlink(FIFO2);
exit(0);
說明：a、通常管道是由服務(wù)器建立，由客戶端銷毀（unlink函數(shù)），close只是關(guān)閉管道而已。b、注意clinet.h上的那兩個open和server.h上的那兩個open的順序，否則會引起死鎖（見后面）
4、阻塞態(tài)下的規(guī)則（阻塞態(tài)是默認的狀態(tài)）：
（1）、管道和FIFOopen函數(shù)的返回結(jié)果：
writefd = open(FIFO1, O_WRONLY, 0); 這個是用只寫方式打開管道，如果FIFO1此時已經(jīng)有別的進程以只讀方式打開（就是說在這條代碼運行之前，已經(jīng)有代碼open(FIFO1, O_RDONLY, 0）運行），則此函數(shù)返回成功，否則，將會阻塞到有別的進程以只讀方式打開FIFO1為止。反過來也一樣。
（2）、read函數(shù)作用于管道和FIFO 的返回結(jié)果：
如果FIFO1為空（就是說里面沒有數(shù)據(jù)）：該管道以只讀方式打開，則返回0；FIFO1以只寫方式打開，則阻塞到FIFO1有數(shù)據(jù)或者是FIFO1不再以寫方式打開為止。
（3）、write函數(shù)作用于管道和FIFO的返回結(jié)果：
如果FIFO1沒有以只讀方式打開，則給進程產(chǎn)生SIGPIPE信號（缺省行為是終止該進程）；如果已經(jīng)以只讀方式打開，則見下。
（4）、write操作的原子性：
如果寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)小于等于PIPE_BUF，則該函數(shù)保證其原子性；否則不能保證。
現(xiàn)在來看一下上面那個程序，服務(wù)器代碼先運行,因此：當起運行到readfd = open(FIFO1, O_RDONLY, 0);的時候，還沒有任何進程以O(shè)_WRONLY方式打開FIFO1，進程阻塞在這里；
然后客戶端代碼開始運行，但運行到這個地方的時候：writefd = open(FIFO1, O_WRONLY, 0);服務(wù)器阻塞的地方開始釋放，而在客戶端，因為FIFO1在服務(wù)器已經(jīng)是以O(shè)_RDONLY打開了，所以繼續(xù)運行。
如果客戶端的這兩個open交換一個順序，那么readfd = open(FIFO2, O_RDONLY, 0);先運行，則由于FIFO2還沒有以O(shè)_WRONLY方式打開，所以客戶端也阻塞，客戶和服務(wù)器都阻塞，大家都在等對方的資源，這種情況我們稱之為死鎖（deadlock）
5、非阻塞態(tài)下的規(guī)則：
（1）、非阻塞態(tài)的設(shè)置。
a、調(diào)用open時可以指定 readfd = open(FIFO1, O_RDONLY | O_NONBLOCK );
b、如果readfd已經(jīng)打開，則可以用fcntl來設(shè)置O_NONBLOCK標志。
（2）、對open操作的影響：
如果當前操作是wrfd = open(FIFO1, O_WRONLY | O_NONBLOCK, 0); 那么如果是FIFO1在此以前沒有用O_RDONLY方式打開過，返回ENOXIO錯誤，否則都成功返回。
（3）、對空管道或空FIFO read操作的影響：read(readfd, ...); 如果該readfd對應的FIFO用O_WRONLY打開返回0，否則返回EAGAIN。
（4）、對write操作的影響同阻塞態(tài)下。
6、技巧：單個服務(wù)器多個客戶時候，服務(wù)器中有連續(xù)的兩行代碼：
readfifo = open(SERV_FIFO, O_RDONLY, 0);
dummy = open(SERV_FIFO, O_WRONLY, 0);
作用：a、服務(wù)器運行到readfifo，阻塞，直到有客戶用O_WRONLY打開SERV_FIFO為止。然后因為SERV_FIFO已經(jīng)以O(shè)_RDONLY打開，因此這個dummy成功返回。
b、到客戶完成任務(wù)，關(guān)閉SERV_FIFO時，SERV_FIFO變成空，因此，服務(wù)器在運行到read語句的時候，阻塞知道下一個客戶以O(shè)_WRONLY方式打開SERV_FIFO為止（也就是直到有下一個用戶請求為止）
7、Dos攻擊（拒絕服務(wù)型攻擊）
有見上面的阻塞，有個攻擊方法就是說，發(fā)送一條請求，但是從來不打開自己的FiFO，讓服務(wù)器死等。服務(wù)器一直阻塞，沒辦法用了。
當然，現(xiàn)在的服務(wù)器都是并發(fā)性服務(wù)器，最多只能阻塞他的一個子進程；但是即使在這種情況下一樣可以進行Dos攻擊，方法是發(fā)送大量的請求，以至于服務(wù)器開辟的進程達到極限，而且每個子進程都用上面的辦法來阻塞。（此時不但服務(wù)器進程被阻塞了，整個服務(wù)器系統(tǒng)都被阻塞了）。
8、字節(jié)流
管道和FIFO是以字節(jié)流的方式來傳遞信息的，類似于TCP。那么怎樣區(qū)分信息的界限呢？有下面三種常用的技巧：
a、帶內(nèi)特殊終止符：分隔標志（類似與SLIP的標記）
b、顯示長度在信息頭：像TCP協(xié)議棧實現(xiàn)。
c、每次連接一個記錄：像HTTP1.0協(xié)議實現(xiàn)。
本文來自CSDN博客，轉(zhuǎn)載請標明出處：
http://blog.csdn.net/jiangnanyouzi/archive/2008/10/31/3193722.aspx


本文來自ChinaUnix博客，如果查看原文請點：http://blog.chinaunix.net/u/15201/showart_1996113.html