Linux0.11内核源码解析-pipe.c

目录

什么是PIPE？

PIPE注意事项

有名和匿名管道

内核管道通信

管道读函数

管道写函数

管道创建

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什么是PIPE？

进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）是指在不同进程间进行数据通信和交换的过程。管道（pipe）是一种进程间通信的机制，它是一种单向、先进先出的通信方式。一个进程将数据写入管道，而另一个进程从管道中读取数据。在Linux或Unix系统中，进程间还可以使用共享内存、信号量、消息队列等不同的IPC机制进行通信。通过IPC，进程可以在互不依赖和独立运行的情况下，共享资源和数据，实现协同完成任务。同时，IPC也需要对进程的安全性和稳定性进行保障，以避免出现数据丢失、资源竞争等问题。

PIPE注意事项

管道是进程间通信的一种方式，使用管道需要注意以下事项：

1. 管道是单向的：管道只能用于单向数据传输，数据只能由一个进程写入，另一个进程读取。如果两个进程需要进行双向通信，需要创建两个管道。

2. 管道是有限的：管道具有固定的缓冲区大小，当缓冲区满时，写入进程会被阻塞，直到读取进程读取数据释放缓冲区。同样的，当缓冲区为空时，读取进程会被阻塞，直到写入进程写入数据。

3. 管道是匿名的：管道是匿名的，没有名称或标识符。管道的创建必须在父进程中完成，子进程通过继承父进程的文件描述符来使用管道。

4. 管道的传输数据是顺序的：管道中写入的数据按照先后顺序传输，读取进程读取数据的顺序与写入进程写入数据的顺序相同。

5. 管道的使用需要进程同步：在使用管道时，需要进行进程同步，以确保数据的正确传输和处理。

总之，管道是一个简单而有效的进程间通信方式，但需要注意以上事项，以确保其正确而安全的使用。

有名和匿名管道

在进程间通信中，有名和匿名是用来描述管道的两种不同类型。

匿名管道只存在于内存中，没有文件名和文件系统路径，因此只能用于相关进程之间的通信。匿名管道由父进程创建，通过fork() 创建子进程，子进程继承了管道的读写文件描述符，父子进程就可以通过管道通信。

有名管道（也称为命名管道）则存在于文件系统中，具有文件名和路径，任何进程都可以打开管道进行通信。有名管道需要在文件系统中显示创建，可以使用mkfifo()函数创建一个有名管道。进程可以打开管道文件并向其中写入数据，或者从中读取数据。

总体而言，匿名管道相对简单、高效，但只能用于具有亲缘关系的进程之间通信；而有名管道相对复杂、灵活，任何进程都可以打开它进行通信，但性能相对差一些。

内核管道通信

 

 

管道读函数

这段代码是一个读取管道的函数。它接受一个指向m_inode结构的指针表示管道的i节点、一个缓冲区指针和一个计数值作为参数。

函数使用一个循环，直到读取完所需的字节数为止。在每次循环迭代中，它首先检查管道的大小是否为零。如果是零，则唤醒等待该i节点的进程，并检查是否有写入者。如果没有写入者，函数将返回已读取的字节数。否则，它会将自身进程放入等待队列，并睡眠等待信号。

如果管道的大小非零，函数计算可以从管道中读取的最大字符数chars。它将chars限制为剩余的count和管道大小之间的较小值。然后，它从管道中读取chars个字符，并将其写入缓冲区。读取的字符数和总共读取的字节数都会相应增加。

最后，函数唤醒等待该i节点的进程，并返回已读取的字节数。

int read_pipe(struct m_inode * inode, char * buf, int count)
{
	int chars, size, read = 0;

	while (count>0) {
		while (!(size=PIPE_SIZE(*inode))) {
			wake_up(&inode->i_wait);
			if (inode->i_count != 2) /* are there any writers? */
				return read;
			sleep_on(&inode->i_wait);
		}
		chars = PAGE_SIZE-PIPE_TAIL(*inode);
		if (chars > count)
			chars = count;
		if (chars > size)
			chars = size;
		count -= chars;
		read += chars;
		size = PIPE_TAIL(*inode);
		PIPE_TAIL(*inode) += chars;
		PIPE_TAIL(*inode) &= (PAGE_SIZE-1);
		while (chars-->0)
			put_fs_byte(((char *)inode->i_size)[size++],buf++);
	}
	wake_up(&inode->i_wait);
	return read;
}

管道写函数

这段代码是一个写入管道的函数。它接受一个指向m_inode结构的指针表示管道的i节点、一个缓冲区指针和一个计数值作为参数。

函数使用一个循环，直到写入完所有的字节数为止。在每次循环迭代中，它首先检查管道的可用空间大小是否为零。如果是零，则唤醒等待该i节点的进程，并检查是否有读取者。如果没有读取者，函数将设置当前进程的信号位，表示管道已满，然后返回已写入的字节数如果有写入的话，否则返回-1。然后，它会将自身进程放入等待队列，并睡眠等待信号。

如果管道的可用空间非零，函数计算可以写入管道的最大字符数chars。它将chars限制为剩余的count和可用空间大小之间的较小值。然后，它从缓冲区中读取chars个字符，并将其写入管道。写入的字符数和总共写入的字节数都会相应增加。

最后，函数唤醒等待该i节点的进程，并返回已写入的字节数。

int write_pipe(struct m_inode * inode, char * buf, int count)
{
	int chars, size, written = 0;

	while (count>0) {
		while (!(size=(PAGE_SIZE-1)-PIPE_SIZE(*inode))) {
			wake_up(&inode->i_wait);
			if (inode->i_count != 2) { /* no readers */
				current->signal |= (1<<(SIGPIPE-1));
				return written?written:-1;
			}
			sleep_on(&inode->i_wait);
		}
		chars = PAGE_SIZE-PIPE_HEAD(*inode);
		if (chars > count)
			chars = count;
		if (chars > size)
			chars = size;
		count -= chars;
		written += chars;
		size = PIPE_HEAD(*inode);
		PIPE_HEAD(*inode) += chars;
		PIPE_HEAD(*inode) &= (PAGE_SIZE-1);
		while (chars-->0)
			((char *)inode->i_size)[size++]=get_fs_byte(buf++);
	}
	wake_up(&inode->i_wait);
	return written;
}

管道创建

这段代码是用于创建管道的系统调用函数。它接受一个指向文件描述符数组的指针作为参数。

函数首先尝试在文件表中找到两个未使用的文件结构体file。它会逐个检查文件表的条目，如果找到未使用的文件结构体，则将其计数加1，并将其索引加上文件表的基地址，保存到文件结构体数组f[]中。通过这个过程，函数获取了两个可用的文件结构体。

如果只找到一个可用的文件结构体，那么将第一个文件结构体的计数重置为0。

然后，函数在当前进程的文件指针数组中找到两个未使用的槽位，并将之前获得的文件结构体分别存储到这两个槽位中，并将对应的文件描述符保存到fd[]数组中。

如果只找到一个可用的槽位，那么将该槽位设置为NULL。

如果找不到两个可用的槽位，函数返回-1表示创建管道失败。在这种情况下，需要恢复之前增加的文件结构体的计数，并将其重新设置为未使用状态。

如果成功找到两个可用的槽位，函数调用get_pipe_inode()函数获取一个新的管道i节点。如果获取失败，函数将之前分配的文件结构体和槽位进行清理，并返回-1表示创建管道失败。

如果成功获取管道i节点，函数将管道i节点分别赋值给两个文件结构体的f_inode字段。然后，将两个文件结构体的f_pos字段设置为0，并将第一个文件结构体的f_mode字段设置为1表示读取模式，第二个文件结构体的f_mode字段设置为2（表示写入模式）。

最后，函数使用put_fs_long()函数将两个文件描述符保存到用户空间的fildes数组中，并返回0表示成功创建管道。

int sys_pipe(unsigned long * fildes)
{
	struct m_inode * inode;
	struct file * f[2];
	int fd[2];
	int i,j;

	j=0;
	for(i=0;j<2 && if_count++;
	if (j==1)
		f[0]->f_count=0;
	if (j<2)
		return -1;
	j=0;
	for(i=0;j<2 && ifilp[i]) {
			current->filp[ fd[j]=i ] = f[j];
			j++;
		}
	if (j==1)
		current->filp[fd[0]]=NULL;
	if (j<2) {
		f[0]->f_count=f[1]->f_count=0;
		return -1;
	}
	if (!(inode=get_pipe_inode())) {
		current->filp[fd[0]] =
			current->filp[fd[1]] = NULL;
		f[0]->f_count = f[1]->f_count = 0;
		return -1;
	}
	f[0]->f_inode = f[1]->f_inode = inode;
	f[0]->f_pos = f[1]->f_pos = 0;
	f[0]->f_mode = 1;		/* read */
	f[1]->f_mode = 2;		/* write */
	put_fs_long(fd[0],0+fildes);
	put_fs_long(fd[1],1+fildes);
	return 0;
}