管道 (Unix)

title: 例子.
title: 简单样例.
content: 在这个例子中,codice_1用于在Unix下列出目录内容,codice_2是一个有搜索功能的交互式的文本分页器。这个管线使得用户可以在列出的目录内容比屏幕长时目录上下翻页。  以codice_2结束的管道(或more,这是个相似的分页工具)是最常被使用的。这让使用者可以阅览尚未显示的大量文字(受可用缓存限制,控制台的屏幕大小、屏幕缓存大小往往有限,不足以一次先输出所有输出内容,也不能自由滚动内容),若少了这工具则这些文字将会卷过终端机而无法阅读到。换句话说,他们将程序员从为自己的软件开发分页器的负担中解放了出来:他们只需要把他们的输出用过“管道”导入到codice_2程序中即可,甚至也可以完全不顾分页问题,去假定他们的用户会在需要将输出分页的时候自己去这样做。
title: 复杂样例.
content: 以下是一个管线的范例,执行由一URL标示的万维网资源的一种拼写检查器。之后是关于这个其作用的说明。注意「\」是用来把这六行转为一个命令列。  这个特殊的“|”字符告诉命令行解释器(Shell)将前一个命令的输出通过“管道”导入到接下来的一行命令作为输入。也就是说,curl命令的输出被作为sed命令的输入,后面的命令也是这样。
title: 命令行界面中的管线.
content: 所有广泛应用于UNIX和Windows中的shell程序都有特殊的语法构建管线。典型语法是使用ASCII中的垂直线“|”(正是由于这个原因,这个符号常被称为管道符)。当出现这样的语法时shell会启动各个进程,并调整各个进程的标准流之间的连接(还包括安排一些缓存)。
title: 错误流.
content: 通常,管线中的进程的标准错误流("stderr")不会通过管道传输;它们被合并输出到控制台。然而,很多Shell提供一些扩充的语法去改变这一行为。比如在csh Shell和bash中,使用“|&”代替“|”来表示错误流也需要被合并进入标准输出,并传递给下一个进程。Bourne shell也可以合并错误流,通过 2>&1 也可以将错误流重定向到一个不同的文件。
title: Pipemill.
content: 在一些常用的简单管线中,shell仅仅只是用管道来连接每个子进程,然后在子进程中执行外部命令。因此shell本身没有通过管线来处理数据。  然而,shell也有可能直接处理管线数据。构建这样的语法像这样: ... 这样的语法叫 "pipemill" 。
title: 在程序中创造管道.
title: 匿名管道.
content: 使用C语言在UNIX中使用pipe(2)系统调用时,这个函数会让系统构建一个匿名管道,这样在进程中就打开了两个新的,打开的文件描述符:一个只读端和一个只写端。管道的两端是两个普通的,匿名的文件描述符,这就让其他进程无法连接该管道。 为了避免死锁并利用进程的并行运行的好处,有一个或多个管道的UNIX进程通常会调用codice_5产生新进程。并且每个子进程在开始读或写管道之前都会关掉不会用到的管道端。或者进程会产生一个子线程并使用管道来让线程进行数据交换。 实现代码:
title: 具名管道.
content: 具名管道可以通过调用codice_6或codice_7来构建,当被调用时表现为输入或输出的文件。这样可以允许建立多个管道,并且将其同标准错误重定向或codice_8结合起来使用更为有效。 实现代码:  以上代码在编译后运行时给出一个参数,子进程会将该参数内容写入管道(该管道在当前目录下,文件名为“test_fifo”),父进程从管道中读取内容并显示出来
title: 实现.
content: 在大多数类UNIX操作系统中,管线上的所有进程同时启动,输入输出流也已经被正确地连接,并且这些进程被调度程序所管理。最为重要的一点就是,所有的UNIX管道和其他管道实现不一样的地方就是缓存的概念:输出进程可能会以每秒5000 byte的速度输出,但是接收进程也许每秒只能接收100 byte,但不会有数据丢失。原因就是管道上游的进程的所有输出都会被放入一个队列中。当下游进程开始接收数据时,操作系统就会将数据从队列传至接收进程,并将传完的数据从队列中移除。当缓存队列空间不足时,上游进程会被终止,直到接收进程读取数据为上游进程腾出空间。在Linux中,缓存队列的大小是65536 byte。
title: 网络管线.
content: 根据Unix哲学——“一切都是文件”,codice_9和codice_10这样的工具可以将管道连接到TCP/IP套接字。
title: 历史.
content: 管道的概念以及垂直线的记号(|)都是由道格拉斯·麦克罗伊发明的,他是早期命令行外壳的作者。他发现他常常将一个程序的输出作为另一个程序的输入,于是便发明了“管道。它的想法在1973年被实现,Ken Thompson将管道添加到了UNIX操作系统。这个点子最终被移植到了其他的操作系统,比如DOS、OS/2、Microsoft Windows和BeOS,而且常常使用相同的记号(垂直线)。  虽然管道概念是独立发展的,但是 Unix 管道相似于、也确实晚于由Ken Lochner在20世纪60年代为Dartmouth Time Sharing System开发的'communication files'。  在苹果Automator(类似管道一样将多个重复的命令链接起来)的那个机器人拿着一根管子的图标也是对于最初Unix管道概念的纪念。
title: 其他操作系统.
content: 其他操作系统的这个特色源自于Unix,例如 Taos 和 MS-DOS,最终成为软件工程的管道与过滤器设计模式。

Summary: 在类Unix操作系统(以及一些其他借用了这个设计的操作系统,如Windows)中,管道(英语:Pipeline)是一系列将标准输入输出链接起来的进程,其中每一个进程的输出被直接作为下一个进程的输入。 每一个链接都由匿名管道实现。管道中的组成元素也被称作过滤程序。

Pipeline (Unix): In Unix-like computer operating systems, a pipeline is a mechanism for inter-process communication using message passing. A pipeline is a set of processes chained together by their standard streams, so that the output text of each process ("stdout") is passed directly as input ("stdin") to the next one. The second process is started as the first process is still executing, and they are executed concurrently. The concept of pipelines was championed by Douglas McIlroy at Unix's ancestral home of Bell Labs, during the development of Unix, shaping its toolbox philosophy. It is named by analogy to a physical pipeline. A key feature of these pipelines is their "hiding of internals" (Ritchie & Thompson, 1974). This in turn allows for more clarity and simplicity in the system.