# 符号表示
| 和管道特别形象
# 作用:
管道是 Linux 中很重要的一种通信方式, 是把一个程序的输出直接连接到另一个程序的输入, 常说的管道多是指无名管道, 无名管道只能用于具有亲缘关系的进程之间, 这是它与有名管道的最大区别
有名管道叫 named pipe 或者 FIFO(先进先出), 可以用函数 mkfifo()创建
# 实现机制
在 Linux 中, 管道是一种使用非常频繁的通信机制从本质上说, 管道也是一种文件, 但它又和一般的文件有所不同, 管道可以克服使用文件进行通信的两个问题, 具体表现为:
限制管道的大小实际上, 管道是一个固定大小的缓冲区在 Linux 中, 该缓冲区的大小为 1 页, 即 4K 字节, 使得它的大小不象文件那样不加检验地增长使用单个固定缓冲区也会带来问题, 比如在写管道时可能变满, 当这种情况发生时, 随后对管道的 write()调用将默认地被阻塞, 等待某些数据被读取, 以便腾出足够的空间供 write()调用写
读取进程也可能工作得比写进程快当所有当前进程数据已被读取时, 管道变空当这种情况发生时, 一个随后的 read()调用将默认地被阻塞, 等待某些数据被写入, 这解决了 read()调用返回文件结束的问题
注意: 从管道读数据是一次性操作, 数据一旦被读, 它就从管道中被抛弃, 释放空间以便写更多的数据
管道的结构
在 Linux 中, 管道的实现并没有使用专门的数据结构, 而是借助了文件系统的 file 结构和 VFS 的索引节点 inode 通过将两个 file 结构指向同一个临时的 VFS 索引节点, 而这个 VFS 索引节点又指向一个物理页面而实现的
# 管道的读写
管道实现的源代码在 fs/pipe.c 中, 在 pipe.c 中有很多函数, 其中有两个函数比较重要, 即管道读函数 pipe_read()和管道写函数 pipe_wrtie()管道写函数通过将字节复制到 VFS 索引节点指向的物理内存而写入数据, 而管道读函数则通过复制物理内存中的字节而读出数据当然, 内核必须利用一定的机制同步对管道的访问, 为此, 内核使用了锁等待队列和信号
当写进程向管道中写入时, 它利用标准的库函数 write(), 系统根据库函数传递的文件描述符, 可找到该文件的 file 结构 file 结构中指定了用来进行写操作的函数 (即写入函数) 地址, 于是, 内核调用该函数完成写操作写入函数在向内存中写入数据之前, 必须首先检查 VFS 索引节点中的信息, 同时满足如下条件时, 才能进行实际的内存复制工作:
1. 内存中有足够的空间可容纳所有要写入的数据;
2. 内存没有被读程序锁定
如果同时满足上述条件, 写入函数首先锁定内存, 然后从写进程的地址空间中复制数据到内存否则, 写入进程就休眠在 VFS 索 引节点的等待队列中, 接下来, 内核将调用调度程序, 而调度程序会选择其他进程运行写入进程实际处于可中断的等待状态, 当内存中有足够的空间可以容纳写入 数据, 或内存被解锁时, 读取进程会唤醒写入进程, 这时, 写入进程将接收到信号当数据写入内存之后, 内存被解锁, 而所有休眠在索引节点的读取进程会被唤醒
管道的读取过程和写入过程类似但是, 进程可以在没有数据或内存被锁定时立即返回错误信息, 而不是阻塞该进程, 这依赖于文件或管道的打开模式反之, 进程可 以休眠在索引节点的等待队列中等待写入进程写入数据当所有的进程完成了管道操作之后, 管道的索引节点被丢弃, 而共享数据页也被释放
因为管道的实现涉及很多文件的操作, 因此, 当读者学完有关文件系统的内容后来读 pipe.c 中的代码, 你会觉得并不难理解
Linux 管道对阻塞之前一次写操作的大小有限制 专门为每个管道所使用的内核级缓冲区确切为 4096 字节 除非阅读器清空管道, 否则一次超过 4K 的写操作将被阻塞 实际上这算不上什么限制, 因为读和写操作是在不同的线程中实现的
参考资料:
linux 管道是什么
来源: http://www.bubuko.com/infodetail-2530169.html