| PIPE(7) | Руководство программиста Linux | PIPE(7) |
pipe - обзор каналов и FIFO
Каналы и FIFO (также называемые именованными каналами) предоставляют двунаправленный канал обмена между процессами. У канала имеется конец для чтения (read end) и конец для записи (write end). Данные, записанные в конец для записи, можно прочитать из конца для чтения.
Канал создаётся с помощью вызова pipe(2), который образует новый канал и возвращает два файловых дескриптора, один указывает на конец для чтения, а другой на конец для записи. Каналы можно использовать для создания канала обмена между процессами; пример смотрите в pipe(2).
У FIFO (сокращение от First In First Out, первым вошёл, первым вышел) имеется имя в файловой системе (создаётся с помощью mkfifo(3)), и такой канал открывается с помощью open(2). Любой процесс может открыть FIFO, если это ему разрешено правами на файл. Конец для чтения открывается при указании флага O_RDONLY; конец для записи открывается при указании флага O_WRONLY. Подробней смотрите fifo(7). Замечание: хотя у FIFO есть путь в файловой системе, при вводе-выводе из FIFO не используются операции с нижележащим устройством (если оно есть).
Каналы и FIFO отличаются только способом создания и открытия. После выполнения этих задач, ввод-вывод из каналов и FIFO имеет одинаковую семантику.
Если процесс пытается выполнить чтение из пустого канала, то read(2) заблокирует выполнение в ожидании данных. Если процесс пытается выполнить запись в заполненный канал (смотрите далее), то write(2) заблокирует выполнение до тех пор, пока из канала не будут прочитаны данные, чтобы можно было записать ожидающие. Возможен неблокируемый ввод-вывод с помощью вызова fcntl(2) с операцией F_SETFL, включающей флаг O_NONBLOCK в состоянии открытого файла.
Канал обмена, предоставляемый каналом, является потоком байт: какие-либо границы сообщений отсутствуют.
Если все файловые дескрипторы, указывающие на конец канала для записи, были закрыты, то попытка выполнить read(2) из канала возвратит конец файла (read(2) вернёт 0). Если все файловые дескрипторы, указывающие на конец канала для чтения, были закрыты, то write(2) завершится сигналом SIGPIPE, который будет послан вызывающему процессу. Если вызывающий процесс игнорирует этот сигнал, то write(2) завершится ошибкой EPIPE. Приложение, использующее pipe(2) и fork(2), должно использовать правильные вызовы close(2) для закрытия ненужных копий файловых дескрипторов; это обеспечит появления конца файла и доставку SIGPIPE/EPIPE в подходящий момент.
Для канала невозможно вызвать lseek(2).
Канал имеет ограниченную ёмкость. Если канал переполнен, то write(2) заблокируется или завершится с ошибкой, в зависимости от наличия флага O_NONBLOCK (смотрите далее). В различных реализациях разные ограничения на ёмкость канала. Приложения не должны полагаться на определённую величину: их нужно разрабатывать так, чтобы читающий процесс перерабатывал данные как только они появляются, чтобы пишущий процесс не блокировался.
В Linux до версии 2.6.11, ёмкость канала была равна размеру системной страницы (4096 байт на i386). Начиная с Linux 2.6.11, ёмкость канала равна 16 страницам (т. е., 65536 байтам в системе с размером страницы в 4096 байта). Начиная с Linux 2.6.35, ёмкость канала по умолчанию равна 16 страницам, но это значение можно прочитать и изменить с помощью вызова fcntl(2) с операциями F_GETPIPE_SZ и F_SETPIPE_SZ. Подробности смотрите в fcntl(2).
Следующая операция ioctl(2), которая может быть применена к файловому дескриптору, указывающему на любой конец канала, помещает количество непрочитанных байт канала в буфер int, задаваемый последним аргументом вызова:
ioctl(fd, FIONREAD, &nbytes);
Операция FIONREAD отсутствует в стандартах, но имеется во многих реализациях.
В Linux управление количеством памяти каналов осуществляется через следующие файлы:
До Linux 4.9 имелись дефекты, влияющие на обработку ограничений pipe-user-pages-soft и pipe-user-pages-hard; смотрите ДЕФЕКТЫ.
В POSIX.1 указано, что операция write(2) для записи меньше чем PIPE_BUF байт должна быть атомарна: выходные данные записываются в канал как непрерывная последовательность. Запись более PIPE_BUF байт может быть не атомарна: ядро может чередовать данные с данными, записываемыми другими процессами. В POSIX.1 требуется, чтобы значение PIPE_BUF было не менее 512 байт (в Linux, PIPE_BUF равно 4096 байт). Точная семантика зависит от вида блокированности файлового дескриптора (O_NONBLOCK), есть ли несколько писателей в канала и от n, количества записываемых байт:
К каналу и FIFO из флагов состояния открытого файла применимы только O_NONBLOCK и O_ASYNC.
Установка флага O_ASYNC для чтения от конца канала проводит к генерации сигнала (по умолчанию SIGIO) при появлении новых данных в канале. Получатель сигнала должен быть указан с помощью команды F_SETOWN вызовом fcntl(2). В Linux O_ASYNC поддерживается для каналов и FIFO только начиная с ядра версии 2.6.
В некоторых системах (но не в Linux), каналы являются двунаправленными: данные можно передавать в обоих направлениях между концами канала. Согласно POSIX.1 требуются только однонаправленные каналы. Переносимые приложения не должны зависеть от семантики двунаправленных каналов.
До Linux 4.9 имелись дефекты, влияющие на обработку ограничений pipe-user-pages-soft и pipe-user-pages-hard при операции fcntl(2) F_SETPIPE_SZ по изменению ёмкости канала:
До Linux 4.9, дефекты подобные (1) и (3), также могли происходить, когда ядро выделяет память под буферы нового канала; то есть, когда вызывается pipe(2) и когда открывается ранее не открытый FIFO.
mkfifo(1), dup(2), fcntl(2), open(2), pipe(2), poll(2), select(2), socketpair(2), splice(2), stat(2), tee(2), vmsplice(2), mkfifo(3), epoll(7), fifo(7)
| 2017-09-15 | Linux |