进程间通信管道

普通的Linux shell都允许重定向，而重定向使用的就是管道。例如：

$ ls | pr | lpr

把命令ls（列出目录中的文件）的输出通过管道连接到命令pr的标准输入上进行分页。最后，命令pr的标准输出通过管道连接到命令lpr的标准输入上，从而在缺省打印机上打印出结果。进程感觉不到这种重定向，它们和平常一样地工作。正是shell建立了进程之间的临时管道。

管道是单向的、先进先出的、无结构的、固定大小的字节流，它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入连接在一起。写进程在管道的尾端写入数据，读进程在管道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走，其它读进程都不能再读到这些数据。管道提供了简单的流控制机制。进程试图读空管道时，在有数据写入管道前，进程将一直阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图写管道，在其它进程从管道中移走数据之前，写进程将一直阻塞。

传统上有很多种实现管道的方法，如利用文件系统、利用套接字（sockets）、利用流等。在Linux中，使用两个file数据结构来实现管道。这两个file数据结构中的f_inode（f_dentry）指针指向同一个临时创建的VFS I节点，而该VFS I节点本身又指向内存中的一个物理页，如图5.1所示。两个file数据结构中的f_op指针指向不同的文件操作例程向量表：一个用于向管道中写，另一个用于从管道中读。这种实现方法掩盖了底层实现的差异，从进程的角度来看，读写管道的系统调用和读写普通文件的普通系统调用没什么不同。当写进程向管道中写时，字节被拷贝到了共享数据页，当读进程从管道中读时，字节被从共享页中拷贝出来。Linux必须同步对于管道的存取，必须保证管道的写和读步调一致。Linux使用锁、等待队列和信号（locks，wait queues and signals）来实现同步。

右图 --管道示意图所示

参见include/linux/inode_fs.h

当写进程向管道写的时候，它使用标准的write库函数。这些库函数（read、write等）要求传递一个文件描述符作为参数。文件描述符是该文件对应的file数据结构在进程的file数据结构数组中的索引，每一个都表示一个打开的文件，在这种情况下，是打开的管道。Linux系统调用使用描述这个管道的file数据结构中f_op所指的write例程，该write例程使用表示管道的VFS I 节点中存放的信息，来管理写请求。如果共享数据页中有足够的空间能把所有的字节都写到管道中，而且管道没有被读进程锁定，则Linux就在管道上为写进程加锁，并把字节从进程的地址空间拷贝到共享数据页。如果管道被读进程锁定或者共享数据页中没有足够的空间，则当前进程被迫睡眠，它被挂在管道I节点的等待队列中等待，而后调用调度程序，让另外一个进程运行。睡眠的写进程是可以中断的（interruptible），所以它可以接收信号。当管道中有了足够的空间可以写数据，或者当锁定解除时，写进程就会被读进程唤醒。当数据写完之后，管道的VFS I 节点上的锁定解除，在管道I节点的等待队列中等待的所有读进程都会被唤醒。

参见fs/pipe.c pipe_write()

从管道中读取数据和写数据非常相似。Linux允许进程无阻塞地读文件或管道（依赖于它们打开文件或者管道的模式），这时，如果没有数据可读或者管道被锁定，系统调用会返回一个错误。这意味着进程会继续运行。另一种方式是阻塞读，即进程在管道I节点的等待队列中等待，直到写进程完成。

如果所有的进程都完成了它们的管道操作，则管道的I节点和相应的共享数据页会被废弃。

参见fs/pipe.c pipe_read()

Linux也支持命名管道（也叫FIFO，因为管道工作在先入先出的原则下，第一个写入管道的数据也是第一个被读出的数据）。与管道不同，FIFO不是临时的对象，它们是文件系统中真正的实体，可以用mkfifo命令创建。只要有合适的访问权限，进程就可以使用FIFO。FIFO的打开方式和管道稍微不同。一个管道（它的两个file数据结构、VFS I节点和共享数据页）是一次性创建的，而FIFO已经存在，可以由它的用户打开和关闭。Linux必须处理在写进程打开FIFO之前读进程对它的打开，也必须处理在写进程写数据之前读进程对管道的读。除此以外，FIFO几乎和管道的处理完全一样，而且它们使用一样的数据结构和操作。

从IPC的角度看，管道提供了从一个进程向另一个进程传输数据的有效方法。但是，管道有一些固有的局限性：

l 因为读数据的同时也将数据从管道移去，因此，管道不能用来对多个接收者广播数据。

l 管道中的数据被当作字节流，因此无法识别信息的边界。

l 如果一个管道有多个读进程，那么写进程不能发送数据到指定的读进程。同样，如果有多个写进程，那么没有办法判断是它们中那一个发送的数据。

​COM是微软自1993年便提出的组件式软件平台，用来做进程间通信(Inter-process communication, IPC)以及当作组件式软件开发的平台。COM提供跟编程语言无关的方法实现一个软件对象，因此可以在其他环境中运行。COM要求软件组件必须遵照一个共同的接口，该接口与实现无关，因此可以隐藏实现属性，并且被其他对象在不知道其内部实现的情形下正确的使用。

COM并被实现于多个平台之上，并不限于Windows操作系统之上。但还是只有Windows最常使用COM，且某些功能已被目前的.NET平台取代。