Linux内核之管中窥道

所谓管道么，想想家里的水管吧——自来水厂那头给我们送水，我们这头打开水龙头自来水就哗哗的流出来了，水怎么从自来水厂输送过来的？答案就是管道，当然我们这里通常称它为水管。

所以由上面定义，什么叫管道？就是从一个进程里要传东西给另一个进程，类似我们的输送自来水了，我们就借助一"根"管道，把要传的东西传了过去。

来举个小例子吧:

比如

$ ls -l | grep mbox

上 面的命令，将 ls -l的输入作为grep的输入，这种方式称为管道。这个命令原意是列出当前的信息(ls -l)，然后用grep 命令在列出的当前信息中检索出含有mbox的信息。也就是说ls -l 我们通过这个命令得到的信息，然后传入到grep mbox命令中，作为输入信息。Linux提供了很多功能强大的小命令，但使用管道将这些命令组合起来，就形成了非常强大的工具组合，能完成非常复杂的工 作。

上节说了我对Linux管道的一点儿小见解，这节来看看内核中关于管道的实现代码。

  以下代码摘自 Linux/include/fs.h

#define PIPE_HEAD(inode) ((inode).i_zone[0])  //这里定义了管道头

 

#define PIPE_TAIL(inode) ((inode).i_zone[1])  //呃，这里定义的管道尾
 

管道的头尾我们都定义了，大家回头来看看管道的size 的定义:

 

#define PIPE_SIZE(inode) ((PIPE_HEAD(inode)-PIPE_TAIL(inode))&(PAGE_SIZE-1)) 

这里用 (管道头-管道尾)%pagesize 取余数 从而取得了管道大小，关于这个取余数的问题，我在《求余不用模》 中已经详细阐释了这种方法的数学原理。但是这段代码最值得探讨的倒还不是这块内容。我们来看看管道的抽象图:

假设管道大小是4，(请注意管道大小必须要选择2ⁿ这种形式)，我们看看上图如果管头指针指向3，而管尾指针指向的是1，那么管道的大小按照上面的算法，我们得出管道大小为2 (即是(3-1)&3)，那么我们有理由说上图管道头的指针指向的3号元素其实是空的！而我们不妨再假设如果是管头指向的是1，而管尾指向的是3，那么按照上面的做法(1-3)&3,最后得出的是2，注意这里虽然是负数但是用这种办法仍然奏效。

说了这么多，其实可能有人早就注意到了管道是个队列的数组结构，而且还是队列的一种特殊形式——循环队列。

对于这种队列，我们通常空出了一个元素位置来表达队列是否已满。比如如果rear==front 则表示管道为空，如果为满的话就不能还用这个表示了，(不然我们如何区分究竟谁是满的谁是空的), 通常是在队头空出一个位置，比如这里我们就是用rear==front+1 表示已满！

回到内核代码中，看看Linus怎么定义的:

 

#define PIPE_EMPTY(inode) (PIPE_HEAD(inode)==PIPE_TAIL(inode))
#define PIPE_FULL(inode) (PIPE_SIZE(inode)==(PAGE_SIZE-1))

跟我们推理的一样，为空则头和尾相等，为满则rear=

front+1，也就是(PIPE_SIZE(inode)==(PAGE_SIZE-1)