Linux下管道的运行原理及实现

管道（PIPE）

1. 管道的运行原理

   管道是一种最基本的IPC机制，由pipe函数创建：

   #include<unistd.h>

   int pipe(int filedes[2]);

   调用pipe函数时在内核中开辟一块缓冲区用于通信，它有一个读端和一个写端，通过filedes参数传出给程序两个文件描述符，filedes[0]指向管道的读端，filedes[1]指向管道的写端。管道就像一个打开的文件，通过read(filedes[0]);或者write(filedes[1])；向这个文件读写数据，其实是在读写内核缓冲区。pipe函数调用成功返回0，调用失败则返回-1。通信的步骤如下：

   <1>父进程创建管道

   父进程调用pipe开辟管道，得到的两个文件描述符指向管道的两端。

   

   <2>父进程fork出子进程

   父进程调用fork创建子进程，则子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

   

   <3>父进程关闭fd[0]，子进程关闭fd[1]

   父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以往管道里写，子进程可以从管道里读，管道是用环形队列实现的，数据从写端流入从读端流出，即实现了进程间通信。

   可见，Linux中创建进程是从父进程"fork"出来，然后再execve（把当前程序替换成要执行的程序），而不是在创建时就指定它要运行的函数，完成独立的创建，这样天然的进程的继承关系，为管道的实现提供了很大方便，因为管道的实现利用了子进程继承父进程的文件描述符表这一特性。

2. 管道使用时的特殊情况

   <1>所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端的引用计数等于0），而仍然有进程从管道的读端读数据时，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。

   <2>指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端的引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据时，管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

   <3>所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端的引用计数等于0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。

   <4>指向管道读端的文件描述符没关闭（管道的引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。

3. 底层实现

   查看我的平台下管道写满能写多少？