Linux中管道的運行原理，查看電腦管道的容量__Linux

什麼是管道

管道是Linux 支援的最初Unix IPC形式之一，具有以下特點：

管道是半雙工的，資料只能向一個方向流動； 需要雙方通訊時，需要建立起兩個管道； 只能用於父子進程或者兄弟進程之間（具有親緣關係的進程）； 單獨構成一種獨立的檔案系統：管道對於管道兩端的進程而言，就是一個檔案，但它不是普通的檔案，它不屬於某種檔案系統，而是自立門戶，單獨構成一種檔案系統，並且只存在於記憶體中。 資料的讀出和寫入：一個進程向管道中寫的內容被管道另一端的進程讀出。寫入的內容每次都添加在管道緩衝區的末尾，並且每次都是從緩衝區的頭部讀出資料。

 

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（）調用將預設地被阻塞，等待某些資料被讀取，以便騰出足夠的空間供write（）調用寫。

讀取進程也可能工作得比寫進程快。當所有當前進程資料已被讀取時，管道變空。當這種情況發生時，一個隨後的read（）調用將預設地被阻塞，等待某些資料被寫入，這解決了read（）調用返迴文件結束的問題。

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。

 

實現機制：

管道是由核心管理的一個緩衝區，相當於我們放入記憶體中的一個紙條。管道的一端串連一個進程的輸出。這個進程會向管道中放入資訊。管道的另一端串連一個進程的輸入，這個進程取出被放入管道的資訊。一個緩衝區不需要很大，它被設計成為環形的資料結構，以便管道可以被迴圈利用。當管道中沒有資訊的話，從管道中讀取的進程會等待，直到另一端的進程放入資訊。當管道被放滿資訊的時候，嘗試放入資訊的進程會等待，直到另一端的進程取出資訊。當兩個進程都終結的時候，管道也自動消失。

 

從原理上，管道利用fork機制建立，從而讓兩個進程可以串連到同一個PIPE上。最開始的時候，上面的兩個箭頭都串連在同一個進程process1上(串連在process1上的兩個箭頭)。當fork複製進程的時候，會將這兩個串連也複製到新的進程(process2)。隨後，每個進程關閉自己不需要的一個串連 (兩個黃色的箭頭被關閉; process1關閉從PIPE來的輸入串連，process2關閉輸出到PIPE的串連)，這樣，剩下的黑色串連就構成了如上圖的PIPE。

 

實現細節：

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。通過將兩個 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。如下圖

 

有兩個 file 資料結構，但它們定義檔案操作常式地址是不同的，其中一個是向管道中寫入資料的常式地址，而另一個是從管道中讀出資料的常式地址。這樣，使用者程式的系統調用仍然是通常的檔案操作，而核心卻利用這種抽象機制實現了管道這一特殊操作。

 

判斷當前電腦管道的容量

讀端不讀，寫端一直寫

 

 

 

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part1/