Pipe

我们经常能看到如下的代码：

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int pipefd[2];
int status = pipe(pipefd);
if(status==-1){
  printf("create pipe erro\n");
}
......
...fork()....
//child
dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO);
......

(这边省略了父子进程close无用fd的代码，要close这些无用fd，参看下面的讲解)

上面这段代码首先定义了一对pipe的fd，初始化这对pipe，并在fork后的子进程中将子进程的标准输入重定向至pipefd[1]

在理解上面的含义之前，其实我应当声明一些重要的概念，首先是在声明初始化一对pipe时，默认pipefd[1]是数据流入端，而pipefd[0]是数据流出端，并且，pipe是单向的，永远从pipefd[1] –> pipefd[0]

另外，以下这部分代码经常引起疑惑(大概)：

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dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO);

因为上面说过，pipefd[0]是数据流出端，那为啥标准输入会与pipefd[0]打上交道呢？一个输入，一个流出，感觉貌似弄反了。

但实际上，并不是如此，因为如果你细细看过dup2的实现你会发现，dup2函数的原型是int dup2(int fd,int fd2)，其实现的功能就是：对于fd2，可以用fd参数指定fd2的值。如果fd2已经打开，则先将其关闭。如若fd等于fd2，则dup2返回fd2，而不关闭它。否则，fd2的FD_CLOEXEC文件描述符标志就被清楚，这样fd2在进程调用exec时是打开状态。

那这里面实际上最重要的，就是这个关闭是啥意思

实际上，我们可以把fd看成一个连线图的感觉，举例来说，原先STDIN_FILENO指向的是键盘，也就是我们所谓的标准输出，但是，如果经过上面的代码，那么STDIN_FILENO将会取消指向键盘，转而指向pipefd[0]所指向的管道的0端，所以此时只要是管道的0端流出的任何东西都将会成为STDIN_FILENO所接受的输入

看到这儿，基本能解释“弄反”的疑惑了，反之同理，如下的代码将表示STDOUT_FILENO以及STDERR_FILENO所输出的任何东西将变为管道的1端(pipefd[1]指向的就是管道的1端)所流入的任何东西

(管道的0端和1端可以看下面的抽象图形)

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dup2(pipefd[1],STDOUT_FILENO);
dup2(pipefd[1],STDERR_FILENO);

那管道呢，实际上我们可以将其抽象为这样一个图形：

pipe : pipefd[1]–指向–>1———数据流转———>0<–指向–pipefd[0]

而所谓的dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO)，也就是这样：

更改后： pipefd[1]–指向–>1———数据流转———>0<–指向–(pipefd[0],STDIN_FILENO)

(注意:这里写在一起只是因为不方便画图，实际上pipefd[0]，STDIN_FILENO是分别指向管道的0端，并不是STDIN_FILENO先指向pipefd[0]，pipefd[0]再指向管道的0端，这很关键！是分叉而不是直线!)

而一般我们在子进程中调用完dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO);后会调用close(pipefd[0])，让pipefd[0]不再指向0，从而将管道变为这样：

pipe : pipefd[1]–指向–>1———数据流转———>0<–指向–STDIN_FILENO

这时，父进程只需要向pipefd[1]中写入数据，就会通过管道，写入至子进程的STDIN_FILENO中了

但是这里要注意了，务必要在调用完dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO);之后再调用close(pipefd[0])，切不可倒过来，因为一旦倒过来，先取消了pipefd[0]与管道0端的绑定，那么STDIN_FILENO将无法与管道0端进行绑定!(其实就有点pipefd[0]把自己的绑定信息“拷贝”给STDIN_FILENO的感觉，如果自己绑定信息被清空，那么自然也就无法“拷贝”给STDIN_FILENO了，意思是这么个意思，不想深究其原理的话大致可以粗浅的这么认为)

另外还有一点需要提一下，那就是如果在fork之前执行了dup2函数，那么fork后的子进程依然会继承父进程dup2函数所带来的影响，换句话说，就是继承相同的fd表。那么如果上面的dup2语句放在了fork前执行，那么管道会变成这样：

pipe : pipefd[1]–指向–>1———数据流转———>0<–指向–(父-STDIN_FILENO,子-STDIN_FILENO）

那么此时可以发现，有两个标准输入都指向了同一条管道的0端，那么为了防止由1端输入的数据被错误进程的标准输入读走，我们必须在读出数据前取消其中一个STDIN_FILENO与此管道的绑定

如果说我们希望子进程来读，那么在fork之后，父进程必须记得执行close(0),取消自己的标准输入与管道的绑定，让管道变成如下这样：

pipe : pipefd[1]–指向–>1———数据流转———>0<–指向–子-STDIN_FILENO

这样的话，父进程向pipefd[1]中写入数据，就能保证一定会被子进程的标准输入所捕获了，所以由此可得，我们在使用一条管道时，务必保证指向管道1端以及指向管道0端的fd分别有且仅有一个，不然程序可能会出现预期之外的行为

最后，因为管道是单向的，所以如果我们还希望将子进程的输出由父进程捕获，那么我们就还需要另一条管道，用来使子进程向父进程传输数据

如下：

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int pipefd[2];
int pipefd2[2];
int status = pipe(pipefd);
if(status==-1){
  printf("create pipe erro\n");
}
int status2 = pipe(pipefd2);
if(status2==-1){
  printf("create pipe erro\n");
}
......
...fork()....
//child
dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO);
dup2(pipefd2[1],STDOUT_FILENO);
dup2(pipefd2[1],STDERR_FILENO);
......

(这边省略了父子进程close无用fd的代码，要close这些无用fd，参看上面的讲解，是一个意思)

这样，子进程的输出将会自动写入pipefd2[1]，父进程只需要根据需要，读出pipefd2[0]的数据即可实现子—->父的通讯过程

另外，还有个小tip，就是有时候我们会无限循环地读管道地数据流出端(即0端)，那么我们该如何退出这个死循环，就像go中close channel一样，让读出端能够感知管道已经被废弃，从而结束”读“任务呢？

要完成以上的目标，我们所需要做的，就是将1端，即数据输入端的引用计数变为0，也即相当于我们上面所提到的，取消所有fd与管道数据输入端的绑定，当输入端的引用计数变为0时，读取者将会读到0，此时通过判断数据长度是否为0就可以退出循环

后记

其实管道的内部实现是很复杂的，linux的管道机制要深究起来能写一本书。。。以后有空还是要多研究总结，不然老是记混 👻