一個小小的 Shell 管道符，內部實現可真不簡單！

管道命令咱們常常使用，將一個指令的輸出導入另外一個指令的輸入，也就是屁股對上嘴，這個原理連編程小學生都知道。可是若是要深刻問進去，一個指令的輸出是如何導入到另外一個指令的輸入，管道又起到什麼角色，估計能回答這個問題的人不足 1%。下面咱們來深刻分析一下管道指令的實現原理，對於下面的這條指令，shell 到底幹了些什麼

$ cmd1 | cmd2
複製代碼

首先我用下面這張圖來描述最終形態，而後再一步一步來分解最終形態的造成過程

上圖咱們看到了進程描述符表、管道、進程的父子關係。

fork 和 exec

shell 每次執行指令， 須要 fork 出一個子進程來執行，而後將子進程的鏡像替換成目標指令，這又會用到 exec 函數。好比下面這條簡單的指令

$ cmd
複製代碼

exec 函數不會改變當前進程的進程號，不會改變進程之間的父子關係。能夠將進程當作一個帶殼的球體，exec 以後，外面的殼不會變，球裏面的東西被徹底替換了。而輸入輸出文件描述符默認在殼上面，這意味着指令 cmd 的輸入輸出繼承了 shell 進程的輸入輸出。

$ cmd1 | cmd2
複製代碼

當指令裏面包含一個管道符，意味着須要並行執行兩個指令，這時候 shell 須要 fork 兩次生成兩個子進程，而後分別 exec 換成目標指令。

咱們注意到圖裏面還有一個 pipe，它就是負責父子進程通訊的管道。

pipe

管道用於父子進程的通訊，在 fork 以前建立 pipe，pipe將成爲 fork 以後父子進程之間的紐帶。pipe 函數會返回兩個描述符（pipe_in, pipe_out），一個用於讀，一個用於寫。

dup2

下面咱們就須要調整圖中描述符的尖頭，將 cmd1 進程的 stdout 描述符指向管道寫，將 cmd2 進程的 stdin 描述符指向管道讀，這就須要神奇的 dup2(fd1, fd2) 函數，它的做用是將 fd1 描述符關聯 fd2 指向的內核對象，以前 fd1 指向的內核對象引用計數減一，若是減到零就銷燬。注意平時咱們調用 close 方法本質上只是遞減引用計數，同一個內核對象是能夠被多個進程共享的。當引用計數減到零時就會正式關閉。

下面咱們將 dup2 函數的規則應用一下，對兩個進程分別調用 dup2 方法獲得

而後再將不須要的描述符關閉掉，就獲得了下面的終極圖，完美！

若是是兩個管道符三個命令以下，就會生成兩個管道

$ cmd1 | cmd2 | cmd3
複製代碼

若是任意一端的進程忽然掛掉了會發生什麼？

假設 cmd1 先掛掉，管道寫被動關閉，cmd2 在讀取管道內容時會遭遇 EOF，而後正常結束。 假設 cmd2 先掛掉，管道讀被動關閉，cmd1 繼續寫管道，這時候進程會收到一個 SIGPIPE 信號，默認動做是進程直接退出。

下一篇咱們將使用酷炫的代碼來實現上面的整個過程，咱們不只要知道其中的原理，並且還須要經過親手實驗來了解其中更多的細枝末節。

閱讀更多深度技術文章，掃一掃上面的二維碼關注微信公衆號「碼洞」