管道是Linux中很重要的一種通訊方式,是把一個程式的輸出直接連線到另一個程式的輸入,常說的管道多是指無名管道,無名管道只能用於具有親緣關係的程式之間，這是它與有名管道的最大區別。

有名管道叫named pipe或者FIFO(先進先出)，可以用函式mkfifo()建立。

Linux管道的實現機制

在Linux中，管道是一種使用非常頻繁的通訊機制。從本質上說，管道也是一種檔案，但它又和一般的檔案有所不同，管道可以克服使用檔案進行通訊的兩個問題，具體表現為：

· 限制管道的大小。實際上，管道是一個固定大小的緩衝區。在Linux中，該緩衝區的大小為1頁，即4K位元組，使得它的大小不象檔案那樣不加檢驗地增長。使用單個固定緩衝區也會帶來問題，比如在寫管道時可能變滿，當這種情況發生時，隨後對管道的write()呼叫將預設地被阻塞，等待某些資料被讀取，以便騰出足夠的空間供write()呼叫寫。

· 讀取程式也可能工作得比寫程式快。當所有當前程式資料已被讀取時，管道變空。當這種情況發生時，一個隨後的read()呼叫將預設地被阻塞，等待某些資料被寫入，這解決了read()呼叫返回檔案結束的問題。

注意：從管道讀資料是一次性操作，資料一旦被讀，它就從管道中被拋棄，釋放空間以便寫更多的資料。

1. 管道的結構

在 Linux 中，管道的實現並沒有使用專門的資料結構，而是藉助了檔案系統的file結構和VFS的索引節點inode。透過將兩個 file 結構指向同一個臨時的 VFS 索引節點，而這個 VFS 索引節點又指向一個物理頁面而實現的。

2.管道的讀寫

管道實現的原始碼在fs/pipe.c中，在pipe.c中有很多函式，其中有兩個函式比較重要，即管道讀函式pipe_read()和管道寫函式 pipe_wrtie()。管道寫函式透過將位元組複製到 VFS 索引節點指向的實體記憶體而寫入資料，而管道讀函式則透過複製實體記憶體中的位元組而讀出資料。當然，核心必須利用一定的機制同步對管道的訪問，為此，核心使用了鎖、等待佇列和訊號。

當寫程式向管道中寫入時，它利用標準的庫函式write()，系統根據庫函式傳遞的檔案描述符，可找到該檔案的 file 結構。file 結構中指定了用來進行寫操作的函式（即寫入函式）地址，於是，核心呼叫該函式完成寫操作。寫入函式在向記憶體中寫入資料之前，必須首先檢查 VFS 索引節點中的資訊，同時滿足如下條件時，才能進行實際的記憶體複製工作：

·記憶體中有足夠的空間可容納所有要寫入的資料；

·記憶體沒有被讀程式鎖定。

如果同時滿足上述條件，寫入函式首先鎖定記憶體，然後從寫程式的地址空間中複製資料到記憶體。否則，寫入程式就休眠在 VFS 索引節點的等待佇列中，接下來，核心將呼叫排程程式，而排程程式會選擇其他程式執行。寫入程式實際處於可中斷的等待狀態，當記憶體中有足夠的空間可以容納寫入資料，或記憶體被解鎖時，讀取程式會喚醒寫入程式，這時，寫入程式將接收到訊號。當資料寫入記憶體之後，記憶體被解鎖，而所有休眠在索引節點的讀取程式會被喚醒。

管道的讀取過程和寫入過程類似。但是，程式可以在沒有資料或記憶體被鎖定時立即返回錯誤資訊，而不是阻塞該程式，這依賴於檔案或管道的開啟模式。反之，程式可以休眠在索引節點的等待佇列中等待寫入程式寫入資料。當所有的程式完成了管道操作之後，管道的索引節點被丟棄，而共享資料頁也被釋放。

因為管道的實現涉及很多檔案的操作,因此,當讀者學完有關檔案系統的內容後來讀pipe.c中的程式碼，你會覺得並不難理解。

Linux 管道的建立和使用都要簡單一些，唯一的原因是它需要更少的引數。實現與 Windows 相同的管道建立目標，Linux 和 UNIX 使用下面的程式碼片段：

建立 Linux 命名管道

　　int fd1[2]; 
  
 if(pipe(fd1)) 
  
 { printf("pipe() FAILED: errno=%d",errno); 
  
 return 1; 
  
 }

Linux 管道對阻塞之前一次寫操作的大小有限制。專門為每個管道所使用的核心級緩衝區確切為 4096 位元組。除非閱讀器清空管道，否則一次超過 4K 的寫操作將被阻塞。實際上這算不上什麼限制，因為讀和寫操作是在不同的執行緒中實現的。

　　Linux 還支援命名管道。對這些數字的早期評論員建議我，為公平起見，應該比較 Linux 的命名管道和 Windows 的命名管道。我寫了另一個在 Linux 上使用命名管道的程式。我發現對於 Linux 上命名的和未命名的管道，結果是沒有區別。

　　Linux 管道比 Windows 2000 命名管道快很多，而 Windows 2000 命名管道比 Windows XP 命名管道快得多。

例子:

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#include 
#include 
  
int main() 
{ 
int n,fd[2]; // 這裡的fd是檔案描述符的陣列，用於建立管道做準備的 
pid_t pid; 
char line[100]; 
if(pipe(fd)<0) // 建立管道 
 printf("pipe create errorn"); 
  
if((pid=fork())<0) //利用fork()建立新程式 
 printf("fork errorn"); 
  
else if(pid>0){ //這裡是父程式，先關閉管道的讀出端，然後在管道的寫端寫入“hello world" 
 close(fd[0]); 
 write(fd[1],"hello wordn",11); 
} 
else{ 
 close(fd[1]); //這裡是子程式，先關閉管道的寫入端，然後在管道的讀出端讀出資料 
 n= read(fd[0],line,100); 
 write(STDOUT_FILENO,line,n); 
} 
exit(0); 
}

[@more@]

Linux管道

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