Именованные каналы linux что это

Именованные каналы linux что это

С помощью труб могут общаться только родственные друг другу процессы, полученные с помощью fork (). Именованные каналы FIFO позволяют обмениваться данными с абсолютно «чужим» процессом.

С точки зрения ядра ОС FIFO является одним из вариантов реализации трубы. Системный вызов mkfifo () предоставляет процессу именованную трубу в виде объекта файловой системы. Как и для любого другого объекта, необходимо предоставлять процессам права доступа в FIFO, чтобы определить, кто может писать, и кто может читать данные. Несколько процессов могут записывать или читать FIFO одновременно. Режим работы с FIFO — полудуплексный, т.е. процессы могут общаться в одном из направлений. Типичное применение FIFO — разработка приложений «клиент — сервер».

Синтаксис функции для создания FIFO следующий:

int mkfifo(const char *fifoname, mode_t mode); При возникновении ошибки функция возвращает -1, в противном случае 0. В качестве первого параметра указывается путь, где будет располагаться FIFO. Второй параметр определяет режим работы с FIFO. Пример использования приведен ниже:

int fd_fifo; /*дескриптор FIFO*/

char buffer[]=»Текстовая строка для fifo\n»;

/*Если файл с таким именем существует, удалим его*/

if((mkfifo(«/tmp/fifo0001.1», O_RDWR)) == -1)

fprintf(stderr, «Невозможно создать fifo\n»);

/*Открываем fifo для чтения и записи*/

if((fd_fifo=open(«/tmp/fifo0001.1», O_RDWR)) == — 1)

fprintf(stderr, «Невозможно открыть fifo\n»);

if(read(fd_fifo, &buf, sizeof(buf)) == -1)

fprintf(stderr, «Невозможно прочесть из FIFO\n»);

printf(«Прочитано из FIFO : %s\n»,buf);

Если в системе отсутствует функция mkfifo (), можно воспользоваться общей функцией для создания файла: int mknod(char *pathname, int mode, int dev);

Здесь pathname указывает обычное имя каталога и имя FIFO. Режим обозначается константой S_IFIFO из заголовочного файла . Здесь же определяются права доступа. Параметр dev не нужен. Пример вызова mknod :

if(mknod(«/tmp/fifo0001.1», S_IFIFO | S_IRUSR | S_IWUSR,

Флаг O_NONBLOCK может использоваться только при доступе для чтения. При попытке открыть FIFO с O_NONBLOCK для записи возникает ошибка открытия. Если FIFO закрыть для записи через close или fclose , это значит, что для чтения в FIFO помещается EOF.

Если несколько процессов пишут в один и тот же FIFO, необходимо обратить внимание на то, чтобы сразу не записывалось больше, чем PIPE_BUF байтов. Это необходимо, чтобы данные не смешивались друг с другом. Установить пределы записи можно следующей программой: #include

/*Создаем новый FIFO*/

if((mkfifo(«fifo0001», O_RDWR)) == -1)

fprintf(stderr, «Невозможно создать FIFO\n»);

printf(«Можно записать в FIFO сразу %ld байтов\n»,

printf(«Одновременно можно открыть %ld FIFO \n»,

При попытке записи в FIFO, который не открыт в данный момент для чтения ни одним процессом, генерируется сигнал SIGPIPE .

В следующем примере организуется обработчик сигнала SIGPIPE , создается FIFO, процесс-потомок записывает данные в этот FIFO, а родитель читает их оттуда. Пример иллюстрирует простое приложение типа «клиент — сервер»:

static volatile sig_atomic_t sflag;

static sigset_t signal_new, signal_old, signal_leer;

static void sigfunc(int sig_nr)

fprintf(stderr, «SIGPIPE вызывает завершение

if(signal(SIGPIPE, sigfunc) == SIG_ERR)

fprintf(stderr, «Невозможно получить сигнал

/*Удаляем все сигналы из множества сигналов*/

/*Устанавливаем signal_new и сохраняем его*/

/* теперь маской сигналов будет signal_old*/

&signal_old) 0) /*Родитель читает из FIFO*/

if (( r_fifo=open(«/tmp/fifo0001.1», O_RDONLY))

Next: Блокировка файлов Up: Трубы (pipes) Previous: Функция popen() Contents 2004-06-22

Источник

Введение в каналы и именованные каналы в Linux

Оригинал: An introduction to pipes and named pipes in Linux
Автор: Archit Modi
Дата публикации: 23 августа 2018 года
Перевод: А. Кривошей
Дата перевода: апрель 2019 г.

В Linux команда pipe позволяет отправлять вывод одной команды в другую. Каналы, как предполагает термин, могут перенаправлять стандартный вывод, ввод или ошибку одного процесса другому для дальнейшей обработки.

Синтаксис для команды pipe или команды pipe без имени — символ | между любыми двумя командами:

Здесь канал не может быть доступен в другом сеансе; он создается временно, чтобы обеспечить выполнение Command-1 и перенаправить стандартный вывод. Он удаляется после успешного выполнения.

В приведенном выше примере файл contents.txt содержит список всех файлов в определенном каталоге, то есть вывод команды ls -al. Сначала мы подбираем имена файлов с помощью ключевого слова «file» из contents.txt по каналу (как показано), поэтому выходные данные команды cat предоставляются в качестве входных данных для команды grep. Затем мы добавляем канал для выполнения команды awk, которая отображает 9-й столбец из отфильтрованного вывода команды grep. Мы также можем подсчитать количество строк в content.txt с помощью команды wc -l.

Именованный канал может работать, пока система не будет перезагружена, или пока он не будет удален. Это специальный файл, который использует механизм FIFO (первым пришел, первым вышел). Он может использоваться как обычный файл; то есть вы можете писать в него, читать из него, а также открывать или закрывать его. Чтобы создать именованный канал, используется команда:

Она создает файл именованного канала, который можно использовать даже в нескольких сеансах оболочки.

Другой способ создать именованный канал FIFO — использовать следующую команду:

Чтобы перенаправить стандартный вывод любой команды другому процессу, используйте символ >. Чтобы перенаправить стандартный ввод любой команды, используйте символ

Источник

Каналы (pipe,fifo)

Каналы — неименованные (pipe) и именованные (fifo) — это средство передачи данных между процессами.

Можно представить себе канал как небольшой кольцевой буфер в ядре операционной системы. С точки зрения процессов, канал выглядит как пара открытых файловых дескрипторов – один на чтение и один на запись (можно больше, но неудобно). Мы можем писать в канал до тех пор пока есть место в буфере, если место в буфере кончится – процесс будет заблокирован на записи. Можем читать из канала пока есть данные в буфере, если данных нет – процесс будет заблокирован на чтении. Если закрыть дескриптор отвечающий за запись, то попытка чтения покажет конец файла. Если закрыть дескриптор отвечающий за чтение, то попытка записи приведет к доставке сигнала SIGPIPE и ошибке EPIPE.

При использовании канала в программировании на языке shell

блокировки чтения/записи обеспечивают синхронизацию скорости выполнения двух программ и их одновременное завершение.

Понятия позиции чтения/записи для каналов не существует, поэтому запись всегда производится в хвост буфера, а чтение с головы.

Для архитектуры i386 размер буфера, связанного с каналом устанавливают кратным размеру страницы (4096 байт). В Linux в версиях до 2.6.11 использовалась одна страница (4 КБ), после — 16 страниц (65 КБ), с возможностью изменения через fcntl . POSIX определяет значение PIPE_BUF, задающего максимальный размер атомарной записи. В Linux PIPE_BUF равен 4096 байт.

Неименованные каналы

Неименованный канал создается вызовом pipe, который заносит в массив int [2] два дескриптора открытых файлов. fd[0] – открыт на чтение, fd[1] – на запись (вспомните STDIN == 0, STDOUT == 1). Канал уничтожается, когда будут закрыты все файловые дескрипторы ссылающиеся на него.

В рамках одного процесса pipe смысла не имеет, передать информацию о нем в произвольный процесс нельзя (имени нет, а номера файловых дескрипторов в каждом процессе свои). Единственный способ использовать pipe – унаследовать дескрипторы при вызове fork (и последующем exec ). После вызова fork канал окажется открытым на чтение и запись в родительском и дочернем процессе. Т.е. теперь на него будут ссылаться 4 дескриптора. Теперь надо определиться с направлением передачи данных – если надо передавать данные от родителя к потомку, то родитель закрывает дескриптор на чтение, а потомок — дескриптор на запись.

Оставлять оба дескриптора незакрытыми плохо по двум причинам:

Родитель после записи не может узнать считал ли дочерний процесс данные, а если считал то сколько. Соответственно, если родитель попробует читать из pipe, то, вполне вероятно, он считает часть собственных данных, которые станут недоступными для потомка.

Если один из процессов завершился или закрыл свои дескрипторы, то второй этого не заметит, так как pipe на его стороне по-прежнему открыт на чтение и на запись.

Если надо организовать двунаправленную передачу данных, то можно создать два pipe.

Именованные каналы

Именованный канал FIFO доступен как объект в файловой системе. При этом, до открытия объекта FIFO на чтение, собственно коммуникационного объекта не создаётся. После открытия открытия объекта FIFO в одном процессе на чтение, а в другом на запись, возникает ситуация полностью эквивалентная использованию неименованного канала.

Объект FIFO в файловой системе создаётся вызовом функции int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode); ,

Основное отличие между pipe и FIFO — то, что pipe могут совместно использовать только процессы находящиеся в отношении родительский-дочерний, а FIFO может использовать любая пара процессов.

Правила обмена через канал

При обмене данными через канал существуют два особых случая:

1. Попытка чтения при отсутствии писателей
2. Попытка записи при отсутствии читателей

Первый случай интерпретируется как конец файла и вызов read вернёт 0. Второй случай не имеет аналогов при работе с обычными файлами, а потому вызывает доставку сигнала SIGPIPE. Программы-фильтры, которые работают с STDOUT по сигналу SIGPIPE обычно завершают работу. Если программа расcчитана на работу с каналами, то для корректной обработки этой ситуации она должна явно изменить стандартный обработчик SIGPIPE, установив его в игнорирование сигнала или переназначив на свою функцию.

Для защиты от этих особых случаев при открытии именованного канала FIFO вызов open() на чтение или на запись блокируется, пока кто-нибудь не откроет канал с другой стороны. Если открывать FIFO с опцией O_NONBLOCK, то одиночное открытие на чтение пройдёт успешно, а попытка открыть на запись FIFO без читателей вернёт ошибку ENXIO (устройство не существует). Открытие FIFO одновременно на чтение и на запись в POSIX не определено. В Linux такой вариант сработает и в блокирующем и в неблокирующем режимах.

Правила обмена через канал

1. При чтении числа байт, меньшего чем находится в канале, возвращается требуемое число байтов, остаток сохраняется для последующих чтений.
2. При чтении числа байт, большего чем находится в канале, возвращается доступное число байт.
3. При чтении из пустого канала, открытого каким либо процессом на на запись при сброшенном флаге O_NONBLOCK произойдёт блокировка процесса, а при установленном флаге O_NONBLOCK будет возвращено -1 и установлено значение errno равное EAGAIN.
4. Если канал пуст и ни один процесс не открыл его на запись, то при чтении из канала будет получено 0 байтов — т.е конец файла.

1. Если процесс пытается записать данные в канал, не открытый ни одним процессом на чтение, то процессу отправляется сигнал SIGPIPE. Если не установлена обработка сигнала, то процесс завершается, в противном случае вызов write() возвращает -1 с установкой ошибки EPIPE.
2. Запись числа байт меньше чем PIPE_BUF выполняется атомарно. При записи из нескольких процессов данные не перемешиваются.
3. При записи числа байт больше чем PIPE_BUF атомарность операции не гарантируется.
4. Если флаг O_NONBLOCK не установлен, то запись может быть заблокирована, но в конце концов будет возвращено значение, указывающее, что все байты записаны.
5. Если флаг O_NONBLOCK установлен и записывается меньше чем PIPE_BUF, то возможны два варианта: если есть достаточно свободного места в буфере, то производится атомарная запись, если нет, то возвращается -1, а errno выставляется в EAGAIN.
6. Если флаг O_NONBLOCK установлен и записывается больше чем PIPE_BUF то возможны два варианта: если в буфере есть хотя бы один свободный байт, то производится запись доступного числа байт, если нет, то возвращается -1, а errno выставляется в EAGAIN.

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Именованный канал

Именованный канал или именованный конвейер (англ. named pipe ) — один из методов межпроцессного взаимодействия, расширение понятия конвейера в UNIX и подобных ОС. Именованный канал позволяет различным процессам обмениваться данными, даже если программы, выполняющиеся в этих процессах, изначально не были написаны для взаимодействия с другими программами. Это понятие также существует и в Microsoft Windows, хотя там его семантика существенно отличается. Традиционный канал — «безымянен», потому что существует анонимно и только во время выполнения процесса. Именованный канал — существует в системе и после завершения процесса. Он должен быть «отсоединён» или удалён, когда уже не используется. Процессы обычно подсоединяются к каналу для осуществления взаимодействия между ними.

Содержание

Структура

Для создания именованных каналов будем использовать функцию, mkfifo() :

Функция создает специальный FIFO файл с именем pathname, а параметр mode задает права доступа к файлу.

Примечание:
mode используется в сочетании с текущим значением /code>umask следующим образом: ( mode &

umask ). Результатом этой операции и будет новое значение umask для создаваемого нами файла. По этой причине мы используем 0777 ( S_IRWXO | S_IRWXG | S_IRWXU ), чтобы не затирать ни один бит текущей маски.

Как только файл создан, любой процесс может открыть этот файл для чтения или записи также, как открывает обычный файл. Однако, для корректного использования файла, необходимо открыть его одновременно двумя процессами/потоками, одним для получение данных (чтение файла), другим на передачу (запись в файл).

В случае успешного создания FIFO файла, mkfifo() возвращает 0 (нуль). В случае каких либо ошибок, функция возвращает -1 и выставляет код ошибки в переменную errno.

Типичные ошибки, которые могут возникнуть во время создания канала:

• EACCES — нет прав на запуск (execute) в одной из директорий в пути pathname
• EEXIST — файл pathname уже существует, даже если файл — символическая ссылка
• ENOENT — не существует какой-либо директории, упомянутой в pathname, либо является битой ссылкой
• ENOSPC — нет места для создания нового файла
• ENOTDIR — одна из директорий, упомянутых в pathname, на самом деле не является таковой
• EROFS — попытка создать FIFO файл на файловой системе «только-на-чтение»

Чтение и запись в созданный файл производится с помощью функций read() и write().

Мы открываем файл только для чтения (O_RDONLY). И могли бы использовать O_NONBLOCK модификатор, предназначенный специально для FIFO файлов, чтобы не ждать когда с другой стороны файл откроют для записи. Но в приведенном коде такой способ неудобен.

Компилируем программу, затем запускаем ее:

В соседнем терминальном окне выполняем:

В результате мы увидим следующий вывод от программы:

Именованные каналы в UNIX

При необходимости передачи информации из одного процесса передавалась в другой, достаточно передать выводимые данные одного процесса на вход другого. Чтобы обеспечить эффект присутствия в файловой системе, из которой один процесс может осуществить связь с другим, как раз и предназначены именованные каналы и сокеты. Именованные каналы обычно используются для осуществления связи между процессами, в то время как сокеты – для обеспечения связи в сети.

Так же существуют именованные каналы, которые так же иногда называют FIFO, что означает “First In, First Out”. Тебе, как программисту, это должно быть понятно: первым вошёл, первым вышел. Этот принцип относится абсолютно ко всем байтам данным, попадающим в именованный канал. Каналы хранятся как файлы в файловой системе. Таким образом, “имя” такого канала – имя файла. И это вполне логично, т.к. всем известно, что в ОС UNIX любой элемент может быть отображен в виде файла, включая устройства и наши именованные каналы.

Таким образом, посмотреть список каналов можно командой ls. Ранее для создания именованных каналов использовалась утилита mknod. Сейчас же стандартом является mkfifo. Синтаксис использования достаточно прост. Нужно лишь передать программе имя, которое будет носить именованный канал.

Буква “p”, что подчеркнута красным, как раз и означает, что тип этого файла – именованный канал.

Теперь пришло время посмотреть, как же работает запись и извлечение данных. Т.к. канал уже создан, то обменяемся между двумя консолями списком файлов и поддиректорий текущей директории.

Это – самый простой пример работы именованного канала. Откроем первую консоль и напишем в ней:

Теперь открываем вторую консоль и переходим в эту же директорию. Выполняем:

Вуаля! И мы видим список файлов и поддиректорий нашей папки. (см. рис. 3) Интересной особенностью является то, что порядок выполнения команд не имеет значения. Т.е. можно сначала выполнить чтение из канала, а только потом подать команду записи в него. Результат будет один. После приёма первой команды будет выполняться “ожидание” второй команды.

Такой способ очень прост и эффективен для взаимодействия двух разных процессов. Допустим, что у нас существует сервер, который ожидает приёма данных (например, данные для печати), открыв канал для чтения. Клиенту лишь нужно будет подать команду на запись данных в пайп. Печать начнётся сразу же по окончанию записи данных клиентом.

Именованный канал в Windows

В Windows дизайн именованных каналов смещён к взаимодействию «клиент-сервер», и они работают во многом как сокеты: помимо обычных операций чтения и записи, именованные каналы в Windows поддерживают явный «пассивный» режим для серверных приложений (для сравнения: сокет домена UNIX). Windows 95 поддерживает клиенты именованных каналов, а системы ветви Windows NT могут служить также и серверами.

К именованному каналу можно обращаться в значительной степени как к файлу. Можно использовать функции Windows API CreateFile, CloseHandle, ReadFile, WriteFile, чтобы открывать и закрывать канал, выполнять чтение и запись. Функции стандартной библиотеки Си, такие, как fopen, fread, fwrite и fclose, тоже можно использовать, в отличие от сокетов Windows (англ.), которые не реализуют использование стандартных файловых операций в сети. Интерфейс командной строки (как в Unix) отсутствует.

Именованные каналы — не существуют постоянно и не могут, в отличие от Unix, быть созданы как специальные файлы в произвольной доступной для записи файловой системе, но имеют временные имена (освобождаемые после закрытия последней ссылки на них), которые выделяются в корне файловой системы именованных каналов (англ. named pipe filesystem, NPFS) и монтируются по специальному пути «\\.\pipe\» (то есть у канала под названием «foo» полное имя будет «\\.\pipe\foo»). Анонимные каналы, использующиеся в конвейерах, — это на самом деле именованные каналы со случайным именем.

Именованные каналы обычно не доступны непосредственно пользователю, но есть существенные исключения. Например, средство виртуализации рабочих станций VMWare может открывать эмулируемый последовательный порт для главной системы как именованный канал, а отладчик уровня ядра kd от Microsoft поддерживает именованные каналы в качестве средства сообщения при отладке (фактически, так как kd обычно требует подключения к целевому компьютеру по последовательному порту, VMware и kd можно соединить вместе для отладки драйверов устройств на одном компьютере). Обе программы требуют от пользователя указания имён канала в виде «\\.\pipe\имя».

Именованные каналы в Windows NT могут наследовать контекст безопасности.

Именованные каналы в сетях Windows

Именованные каналы — это также сетевой протокол в SMB, основанный на использовании особой части межпроцессного взаимодействия (IPC). IPC в SMB может бесшовно и прозрачно передавать контекст аутентификации пользователя на другую сторону именованного канала. Наследование аутентификации для именованных каналов Windows NT для пользователя и разработчика настолько прозрачно, что почти незаметно, в связи с чем его часто неправильно понимают.

Источник