具有独立的存储空间

进程和线程有时候并不完全区分，而往往根据上下文理解其含义。

Linux环境进程间通信 ——无名管道工作机制研究

一、引言

Linux作为一个开源的操作系统，是我们进行操作系统和提高编程水平的最佳途径之一。

好的程序如同好的音乐一样，完成的完美、巧妙。开放源码的程序都是经过无数人检验地，本文将以linux-kernel-2.6.5为例对pipe的工作机制进行阐述。

二、进程间通信的分类

大型程序大多会涉及到某种形式的进程间通信，一个较大型的应用程序设计成可以相互通信的“碎片”，从而就把一个任务分到多个进程中去。进程间通信的方法有三种方式：

管道（pipe）

套接字（socket）

System v IPC 机制

管道机制在UNIX开发的早期就已经提供了，它在本机上的两个进程间的数据传递表现的相当出色；套接字是在BSD（Berkeley Software Development）中出现的，现在的应用也相当的广泛；而System V IPC机制Unix System V 版本中出现的。

三、工作机制

管道分为pipe（无名管道）和FIFO（ 命名管道），它们都是通过内核缓冲区按先进先出的方式数据传输，管道一端顺序地写入数据，另一端顺序地读入数据读写的位置都是自动增加，数据只读一次，之后就被释放。在缓冲区写满时，则由相应的规则控制读写进程进入等待队列，当空的缓冲区有写入数据或满的缓冲区有数据读出时，就唤醒等待队列中的写进程继续读写。

管道的读写规则：

管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等

四、pipe的数据结构

首先要定义一个文件系统类型：pipe_fs_type。

fs/pipe.c

static struct file_system_type pipe_fs_type = {

.name = “pipefs”,

.get_sb = pipefs_get_sb,

.kill_sb = kill_anon_super,

};

变量pipe_fs_type其类型是 struct file_system_type 用于向系统注册文件系统。

Pipe以类似文件的方式与进程交互，但在磁盘上无对应节点，因此效率较高。Pipe主要包括一个inode和两个file结构——分别用于读和写。Pipe的缓冲区首地址就存放在inode的i_pipe域指向pipe_inode_info结构中。但是要注意pipe的inode并没有磁盘上的映象，只在内存中交换数据。

static struct super_block *pipefs_get_sb(struct file_system_type *fs_type,

int flags, const char *dev_name, void *data)

{

return get_sb_pseudo(fs_type, “pipe:”, NULL, PIPEFS_MAGIC);

}

上为超级的生成函数。

Include/linux/pipe.h

#ifndef _LINUX_PIPE_FS_I_H

#define _LINUX_PIPE_FS_I_H

#define PIPEFS_MAGIC 0×50495045

struct pipe_inode_info {

wait_queue_head_t wait; 1

char *base; 2

unsigned int len; 3

unsigned int start; 4

unsigned int readers; 5

unsigned int writers; 6

unsigned int waiting_writers; 7

unsigned int r_counter; 8

unsigned int w_counter; 9

struct fasync_struct *fasync_readers; 10

struct fasync_struct *fasync_writers; 11

};

2 管道等待队列指针wait

3 内核缓冲区基地址base

4 缓冲区当前数据量

6 管道的读者数据量

7 管道的写者数据量

8 等待队列的读者个数

9 等待队列的写者个数

11、12 主要对 FIFO

五、管道的创建:

通过pipe系统调用来创建管道。

int do_pipe(int *fd)

{

struct qstr this;

char name[32];

struct dentry *dentry;

struct inode * inode;

struct file *f1, *f2;

int error;

int i,j;

error = -ENFILE;

f1 = get_empty_filp(); //分配文件对象，得到文件对象指针用于读管道

if (!f1)

goto no_files;

f2 = get_empty_filp(); //分配文件对象，得到文件对象指针用于读管道

if (!f2)

goto close_f1;

inode = get_pipe_inode(); //调用get_pipe_inode获得管道类型的索引节点

if (!inode) 的指针inode。

goto close_f12;

error = get_unused_fd(); //获得当前进程的两个文件描述符。在当前的

if (error < 0) 进程的进程描述符file域中，有一个fd 域，

goto close_f12_inode; //指向该进程当前打开文件指针数组，数组

i=error; 元素是指向文件对象的指针。

error = get_unused_fd();

if (error < 0)

goto close_f12_inode_i;

j = error;

error = -ENOMEM;

sprintf(name, “[%lu]“, inode->i_ino); //生成对象目录dentry，

this.name = name; 并通过它将上述两个文

this.len = strlen(name); 件对象将的指针与管道

this.hash = inode->i_ino; /* will go */ 索引节点连接起来。

dentry = d_alloc(pipe_mnt->mnt_sb->s_root, &this);

if (!dentry)

goto close_f12_inode_i_j;

dentry->d_op = &pipefs_dentry_operations;