使用poll()函数时，在命名管道上使用O_RDWR。

Question

我已经研究了各种不同的Linux命名管道客户端/服务器实现，但它们大多数使用默认的阻塞读/写。由于我已经使用poll()检查其他标志，所以我认为通过poll()检查传入的FIFO数据也是一个好主意...

经过所有的研究，我认为以O_RDWR模式打开管道是防止在没有写入者打开管道时出现无限数量的EOF事件的唯一方法。

这样，管道的两端都关闭了，其他客户端也可以打开可写端。要回复，我将使用单独的管道...

我的问题是，尽管我找到了一些使用O_RDWR标志的示例，但open()手册描述了当分配给FIFO时该标志未定义。(http://linux.die.net/man/3/open)

但是如果没有O_RDWR，你如何在管道上使用poll()？你认为“O_RDWR”是打开管道的合法方式吗？

- JoeFrizz

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你有没有读过 mkfifo(3) 和 fifo(7) 的手册？这样你就不会收到无限数量的 EOF 事件了。你不能在一侧使用 O_RDONLY，在另一侧使用 O_WRONLY（然后适当地进行 poll）吗？而且 fifo(7) 明确指出：“以读写方式打开 FIFO 在阻塞和非阻塞模式下都将成功”。 - Basile Starynkevitch

是的，你说得对，fifo(7)在Linux下提到它是可以接受的（尽管这不是标准化的POSIX行为）。问题在于我不能只用“O_RDONLY”打开读端口，只用“O_WRONLY”打开写端口，因为默认情况下这会被阻塞，而在我的使用情况下这是不允许的。因此，虽然理论上我可以用O_RDONLY | O_NONBLOCKING打开它，但它不会被阻塞，但由于可能没有写入器EOF事件将被抛出在poll()上。所以我必须使用O_RDWR来避免open()上的阻塞行为，并能够使用poll()... - JoeFrizz

Answer 1

首先，有一些必备条件：

使用 O_NONBLOCK 和 poll() 是常见的做法——而不是相反。要成功地运作，您需要确保正确处理所有 poll() 和 read() 的返回状态:

- read() 返回值为 0 表示EOF——另一端已关闭连接。这通常（但并非在所有操作系统上都是如此）对应于 poll() 返回一个 POLLHUP 事件。您可能想在尝试读取之前检查 POLLHUP，但这并非绝对必要，因为在写入方关闭后，read() 保证会返回 0。 - 如果在没有写入方连接的情况下调用 read()，且具有 O_RDONLY | O_NONBLOCK，则会重复获得 EOF (read() 返回 0)，正如您所注意到的那样。但是，如果使用 poll() 等待 POLLIN 事件，然后再调用 read()，它将等待写入方连接，而不会产生EOF。 - read() 返回值 -1 通常表示错误。但是，如果 errno == EAGAIN，则仅表示现在没有更多可用的数据，而且您没有阻塞，因此可以回到 poll() 处理其他设备。如果 errno == EINTR，则表示 read() 在读取任何数据之前被中断，您可以回到 poll() 或立即再次调用 read()。

现在，关于 Linux：如果你使用 O_RDONLY 在读取方面打开文件，则：

• open() 将阻塞直到有相应的写入程序打开。
• poll() 将在数据可读或EOF发生时提供一个POLLIN事件。
• read() 将阻塞，直到读取了所需字节数、连接关闭（返回0）、被信号中断或发生一些致命的IO错误。这种阻塞方式有点相反于使用 poll() 的目的，因此 poll() 几乎总是与 O_NONBLOCK 一起使用。您可以使用 alarm() 在超时后唤醒出 read()，但那太过复杂。
• 如果写入程序关闭，则读取程序将接收到 poll() 的 POLLHUP 事件，并且在此之后read()将无限期地返回0。此时，读取程序必须关闭其文件句柄并重新打开它。

如果你使用 O_RDONLY | O_NONBLOCK 在读取方面打开文件，则：

• open() 将不会阻塞。
• poll() 将在数据可读或EOF发生时提供一个POLLIN事件。如果没有写入程序存在，poll() 将阻塞。
• 在读取所有当前可用的数据后，read()将返回-1并设置errno == EAGAIN，如果连接仍然打开，则这意味着是时候返回到poll()了，因为连接已打开但没有更多数据。当 errno == EINTR 时，read() 还没有读取任何字节，并且被信号中断，因此可以重新启动。
• 如果写入程序关闭，则读取程序将接收到 poll() 的 POLLHUP 事件，并且在此之后read()将无限期地返回0。此时，读取程序必须关闭其文件句柄并重新打开它。

（仅限Linux：）如果您使用 O_RDWR 在读取方面打开命名管道，则：

• open() 将不会阻塞。
• poll() 将在数据可读时提供一个POLLIN事件。但是，对于命名管道，EOF不会引起POLLIN或POLLHUP事件。
• read()将阻塞，直到读取所需的字节数、被信号中断或发生其他致命的IO错误。对于命名管道，它不会返回errno == EAGAIN，甚至在EOF上也不会返回0。它将一直等待，直到读取所请求的确切字节数，或者直到收到信号（在这种情况下，它将返回到目前为止读取的字节数，或者如果尚未读取任何字节，则返回-1并设置errno == EINTR）。
• 如果写入程序关闭，则读取程序不会失去以后读取命名管道的能力，但读取程序也不会收到任何通知。

（仅限Linux：）如果您使用 O_RDWR | O_NONBLOCK 在读取方面打开命名管道，则：

正如您所担心的那样，在管道中使用O_RDWR并不是标准的、POSIX或其他的方法。

然而，由于这个问题似乎经常出现，在Linux上创建 "弹性命名管道" 的最佳方式是使用O_RDWR | O_NONBLOCK，它可以使管道即使在一端关闭时也保持存活，并且不会引发POLLHUP事件或返回read()的0值。

我认为在Linux上处理命名管道有三种主要方法：

1. (可移植.) 在没有poll()和单个管道的情况下:

   • open(pipe, O_RDONLY);
   • 主循环:
     • 根据需要读取数据，可能需要循环调用read().
       • 如果read() == -1且errno == EINTR，则重新进行read().
       • 如果read() == 0，则连接已关闭，并且所有数据已接收。
         
         

2. (可移植.) 使用poll()，并期望管道（包括命名管道）只被打开一次，一旦关闭，必须由读者和写者重新打开管道以设置新的管道:

   • open(pipe, O_RDONLY | O_NONBLOCK);
   • 主循环:
     • poll()等待POLLIN事件，可能同时在多个管道上等待。（注意：这可以防止在作者连接之前read()获取多个EOF。）
     • 根据需要读取数据，可能需要循环调用read().
       • 如果read() == -1且errno == EAGAIN，则返回到poll()步骤。
       • 如果read() == -1且errno == EINTR，则重新进行read().
       • 如果read() == 0，则连接已关闭，必须终止，或关闭并重新打开管道。
         
         

3. (非移植，仅限于Linux.) 使用poll()，并期望命名管道永远不会终止，并且可能被连接和断开多次：

   • open(pipe, O_RDWR | O_NONBLOCK);
   • 主循环：
     • poll() 等待 POLLIN 事件，可能同时在多个管道上等待。
     • read() 获取所需的数据，可能需要多次调用 read()。
       • 如果 read() == -1 并且 errno == EAGAIN，则返回到 poll() 步骤。
       • 如果 read() == -1 并且 errno == EINTR，则重新执行 read()。
       • 如果 read() == 0，则表示出现问题 -- 在命名管道上不应该发生这种情况，但在无名管道或者只读管道上会发生；它表示一个已关闭的管道，必须关闭并重新打开。如果在同一 poll() 事件处理循环中混合使用命名和无名管道，则可能仍需要处理此情况。

- leek

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今天真是救了我一命，谢谢！ - Nekto

太棒了！这完全揭开了有关管道的所有奇怪事情的神秘面纱。 - Marco Merlini

Answer 2

根据open(2)手册，您可以传递O_RDONLY|O_NONBLOCK或O_WRONLY|O_NONBLOCK以避免open系统调用被阻塞（在这种情况下，您将获得errno == ENXIO）。

正如我在评论中提到的那样，请阅读fifo(7)和mkfifo(3)手册。

- Basile Starynkevitch

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谢谢，但在Linux上，“O_WRONLY|O_NONBLOCK”不起作用，我猜...问题是我不能在打开时阻塞并且想要使用poll()，所以当我使用O_RDONLY|O_NONBLOCK时，它不会阻塞，但是poll()会一直触发EOF事件...因此，“O_NONBLOCK”和poll()是一个不好的组合。所以似乎我必须选择O_RDWR，尽管它不是POSIX标准。那么在没有O_RDWR的情况下如何在非阻塞管道上使用poll()呢？ - JoeFrizz

我从未编写过这样的代码，但是手册上说 O_WRONLY|O_NONBLOCK 应该可以无阻塞地工作。你测试过吗？当然你不能使用 poll 来检测 open（因为 poll 要求通过 open 返回文件描述符）。 - Basile Starynkevitch

非常感谢，我一定会稍后尝试。我不会在打开时进行轮询。在成功打开管道后，我将使用POLLIN进行读取。 - JoeFrizz

Answer 3

在读取过程中，只需保持一个打开的 O_WRONLY 文件描述符与 O_RDONLY 文件描述符一起使用即可。这将实现相同的效果，确保 read() 永远不会返回文件结尾，并且 poll() 和 select() 将会阻塞。

而且它是 100% 的 POSIX 标准。

- osvein