Linux的管道

Posted 2020-08-08

一.管道是什么？

管道，顾名思义就是个管子，里面可以流过去很多东西。举个栗子 ls | morels输出列出来的文件目录就通过‘|’这个管道流向了more这个文本浏览器。相同的功能我们也可以通过ls > tmp ; tmp > more来完成。实际上管道的功能和第二个方法也很像。管道也是一个文件ls的输出送到这个文件，more再从这个文件将东西拿走。所不同的是管道不同于普通的文件，是一套特殊的文件pipefs，在磁盘中没有映像，只在内存中存在，而且只存在于存在亲缘关系的进程之间。

 二.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：
内存中有足够的空间可容纳所有要写入的数据；
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
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。