UNIX中管道的理解与实现

今天上课老师具体讲了管道在UNIX中的作用以及实现原理，自己下来琢磨了好一阵子，基本上搞清楚了，赶紧记在小本本上。

管道是什么

首先来看一个命令：

cat file1 file2 | sort

cat表示读取file1、file2中的数据，然后使用管道 |，将这些内容作为输入，使用sort函数作为输出，最后输出在屏幕上。

管道做了什么事

熟悉类UNIX系统的朋友一定经常使用管道，其实它就是用来做进程通讯的。我们很多时候需要将一个文件中的内容作为另一个文件的输入，或者将一个程序运行的结果作为另一个程序的输入，这时候管道就派上用场了。我们这里先只考虑无名管道。

无名管道

1. 只能用于具有亲缘关系的进程之间，父子进程，兄弟进程之间通信，因为只有子进程才能继续父进程的文件描述符。
2. 半双共通信（同一时刻只能对管道进行一种操作（读操作或者写操作）），具有读端口和写端口。
3. 管道是一种特殊的文件，可以使用文件I/O函数（read,write…）来操作，但不能使用lseek函数来定位操作。
4. 管道是在内存中，不用我们主动去删除。
5. 管道是基于队列实现的，有大小限制。

管道实现原理

相关概念与函数

文件描述符(File Descriptor)

对于内核而言，所有打开文件都是由文件描述符引用。文件描述符（fd）是一个非负整数。
当打开一个现存文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。fd可以理解为一个文件的标识，系统调用中的open和creat都返回fd，并将其作为参数传给read或write。
通常情况，UNIX shell**使文件描述符0与进程的标准输入相结合，文件描述符1与标准输出相结合，文件描述符2与标准出错输出相结合**。
因此，文件描述符可以看成是文件描述符表的一个下标，我们可以通过这个fd访问文件的信息（fstate），也可以使用write或read对文件进行修改，具体细节可参考