管道的实现

3.2.3　管道的实现

在Linux中，管道通过指向同一个临时VFS inode的两个file数据结构来实现（有关的内容和数据结构参见第6章），此VFS inode指向内存中的一个物理页面。这样就隐藏了读写管道和读写普通的文件时系统调用的差别。当写入进程对管道写时，字节被拷贝到共享数据页面中，当读取进程从管道中读时，字节从共享数据页面中拷贝出来。Linux必须同步对管道的访问，保证读者和写者以确定的步骤执行，为此需要使用锁、等待队列和信号等同步机制。

图3-1给出了两个进程用管道进行通信的实例。每个file数据结构指向不同的文件操作向量，一个是实现对管道的写，另一个从管道中读。

图 3.1　管道进行通信实例

进程向管道写数据时，可能有以下两种情况：

（1）管道中有足够的空间存放要写的数据，此时每写一数据块后，核心便自动增加地址项的大小。写操作完成后，核心修改索引节点中的写指针，并唤醒所有因该管道空而睡眠等待的读进程。

（2）管道中无足够的空间存放要写入的数据，此时核心对该索引节点作标记后让写进程睡眠，等待数据从管道中排出。上述情况的一个例外是，当进程写的数据量大于管道的容量时，核心将尽可能多的数据写到管道中，然后使进程睡眠，直到获得更多的空间。

当进程从管道读数据时，同样会有两种情况：

（1）管道中有足够的数据供进程读。此时，进程便从读指针所指位置开始读数据，每读出一个数据块后，便增加地址项的大小。读操作结束后，核心修改索引节点中的读指针，并唤醒所有睡眠的写进程。

（2）进程要读的数据比管道中的数据多。此时，读进程将返回管道中当前所有的数据。如果管道为空，进程一般将进入睡眠，直到一个写进程将数据写入管道，再将读进程唤醒。