Программные каналы

Одним из «фирменных» изобретений UNIX, впоследствии позаимствованных другими ОС, является понятие программного канала или «трубопровода» (pipe), позволяющего выполнять обмен данными между процессами с помощью тех же системных вызовов, которые используются для чтения/записи данных при работе с файлами и с периферийными устройствами.

Программные каналы могут быть безымянными или именованными. Для создания безымянного канала процесс должен использовать системный вызов pipe, которая возвращает массив из двух элементов, содержащих хэндл для чтения из канала и хэндл для записи в канал. После этого для работы с каналом можно использовать обычные функции чтения из файла и записи в файл, указывая соответствующие хэндлы канала. Как правило, процесс, создавший канал, затем порождает двух потомков, из которых один будет выполнять запись в канал, а другой – чтение (напомним, что при создании процесса он получает копии всех хэндлов, открытых родителем). Не исключена также возможность использования канала несколькими процессами, каждый из которых может, в принципе, как записывать, так и читать данные.

Данные, записываемые в канал, буферизуются системой в памяти и затем могут быть прочитаны функциями чтения из канала. Если в канале нет данных, то функция чтения блокирует вызвавший ее процесс, пока другой процесс не запишет данные в канал.

Если все процессы закрыли хэндлы записи в канал (то есть, нет шансов, что в канал будут помещены еще какие-нибудь данные), то процесс-читатель, выбрав все данные, которые еще оставались в канале, прочтет затем признак конца файла.

Хуже, если закрыты все хэндлы чтения, а какой-нибудь процесс пытается выполнить запись данных, которые некому будет прочитать. В этом случае система посылает процессу сигнал об ошибке работы с каналом.

Использование безымянных каналов имеет одно ограничение: все процессы, работающие с каналом, должны быть потомками процесса, создавшего канал. Для передачи данных между неродственными процессами можно использовать именованные каналы, называемые также каналами FIFO. Такой канал создается системным вызовом mknod, при этом указывается путь и имя канала, как при создании файла. Имена каналов хранятся в каталогах файловой системы UNIX наравне с именами обычных и специальных файлов. Чтобы открыть канал для чтения или для записи, используется обычный системный вызов open с указанием требуемого режима доступа, как при открытии файла.