Linux中的Pipe和FIFO的原理淺析

以前從編程角度寫過Linux的Pipe和FIFO，主要側重於使用，附帶了簡單的原理介紹。（連接以下）

http://my.oschina.net/u/158589/blog/54705

http://my.oschina.net/u/158589/blog/55051

今天在看Understanding The Linux Kernel時，發現本身對Pipe和FIFO的理解稍顯不足，這裏簡單的對其原理作一些補充。主要採用Question & Answer的形式。

1. 爲何要將FIFO和Pipe放在一塊兒講？他們間的區別是什麼？

緣由是他們的核心數據結構是同樣的，pipe_inode_info，而且，FIFO的讀寫函數和pipe的讀寫函數也一致。

關於區別，如下要稍微講一下。使用上的區別參見本文開頭的兩篇博文。

核心區別有兩點。

第一，fifo出如今系統目錄樹中，而pipe則在特殊文件系統pipefs中。

第二，fifo是雙向通訊管道，而pipe是單向的。

 

2. Pipe和FIFO有對應的disk image嗎？有對應的indoe嗎？他們屬於同一個文件系統嗎？

pipe和fifo都沒有對應的disk image。

他們都是文件，因此確定有inode。同時，當建立一個pipe或者fifo時，其實是建立了一個inode和兩個file object.

pipe屬於pipefs文件系統，fifo不是。因此他們不屬於同一個文件系統。

值得注意的是如下兩點：

第一， pipefs這個特殊的文件系統在VFS的目錄中是沒有的，用戶不可見，它是在kernel初始化時進行建立而且掛載到VFS上的。

第二，雖然fifo在VFS的目錄樹下，可是它並不對應disk上的文件，有點像device文件。其核心的buffer是kernel中的buffer.

 

 

3. ls | more背後發生了什麼？

step1: shell建立一個pipe（假設其file descriptor是3和4，這樣方便討論）。

step2: shell fork出兩個子進程。此時，這兩個子進程同繼承了父進程的文件描述符，也就是說，他們一樣有3和4.

step3: 第一個子進程調用dup2(4, 1)。這就將1（標準輸出）的file object關閉了，而且，1這個文件描述符，此時指向了4文件描述符指向的file object，即pipe的寫端。子進程關閉3和4。子進程execve(), 執行ls命令。因爲execve也是用的同一個文件描述符表，因此此時ls的輸出其實是pipe的寫端。

step4: 第二個子進程調用dup2(3, 0)。如上，0（標準輸入）的file object關閉，而且，0這個文件描述符，指向了3這個文件描述符指向的file object，即pipe的讀端。子進程關閉3和4. 子進程execve(), 執行more命令。此時，more的輸入其實是pipe的讀端。

因而，ls的輸出就順利的重定向到more的輸入了。

 

4. Pipe和FIFO使用的多嗎？

Pipe就不用說了，shell中常常用到，實際編程中若是遇到重定向或者父子進程通訊，pipe也是一個不錯的選擇。就我目前看到過的代碼而言，shell中pipe使用較多，c中pipe也有用到，但明顯沒有semaphore，socket等廣泛。

FIFO的話，說實話，基本沒見過。我認爲緣由是他能作的，socket也必定能作，而且能作的更好。因此FIFO就有點累贅了。另外，從本文開頭的兩篇連接中，咱們能夠看到，FIFO的編程有點麻煩，要對讀寫進行比較精確的控制，防止死鎖或者競爭。

就到這裏吧。