为什么使用命名管道而不是文件？

Question

我最近阅读了命名管道，但我不明白它们为什么存在。
我在某处读到使用命名管道比使用文件更省时。

为什么会这样？
命名管道也必须存储在内存中（可能会被交换，就像文件一样）。
据我所知，他们必须获得一个必须由当前目录引用的 inode，就像文件一样。此外，它们必须由程序员删除，就像文件一样。

那么优势在哪里呢？

Answer 1

Linux 中的几乎所有东西都可以被视为文件，但常规文件和命名管道之间的主要区别在于，命名管道是文件系统上没有内容的文件的特殊实例。

这是引自man fifo：

FIFO 特殊文件（命名管道）类似于管道，不同之处在于它作为文件系统的一部分进行访问。它可以被多个进程打开以进行读取或写入。当进程通过 FIFO 交换数据时，内核在内部传递所有数据而不将其写入文件系统。因此，FIFO 特殊文件在文件系统上没有内容；文件系统条目仅用作参考点，以便进程可以使用文件系统中的名称访问管道。

内核为至少一个进程打开的每个 FIFO 特殊文件维护一个管道对象。FIFO 必须在两端（读和写）都打开，然后才能传递数据。通常，打开 FIFO 会阻塞，直到另一端也打开。

所以实际上一个命名管道在某些进程读写它之前什么都不做。它不占用硬盘上的任何空间（除了一点元信息），它不使用 CPU。

您可以通过执行以下操作来检查它：

创建命名管道

$ mkfifo /tmp/testpipe

转到某个目录，例如/home/user/Documents，使用命名管道 gzip 里面的所有内容。

$ cd /home/user/Documents
$ tar cvf - . | gzip > /tmp/testpipe &
[1] 28584

在这里您应该会看到 gzip 进程的 PID。在我们的示例中，它是 28584。

现在检查这个PID在做什么

$ ps u -P 28584
USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
c0rp     28584  0.0  0.0  29276  7800 pts/8    S    00:08   0:00 bash

您将看到它不使用任何资源。CPU 使用率 0%，内存使用率 0%。

验证有关文件空间使用情况的预感

$ du -h /tmp/testpipe
0   testpipe

再一次0，什么都没有。如果需要，可以再次使用试管。

不要忘记使用kill -15 28584. 并使用删除我们的命名管道rm /tmp/testpipe

示例用法

您可以使用命名管道重定向几乎所有内容。例如，您可以看到这一行代理。

另外这里是一个更命名管道的使用很好的解释。您可以将一台服务器上的两个进程配置为使用命名管道而不是 TCP/IP 堆栈进行通信。它更快，并且不会加载网络资源。例如，您的 Web 服务器可以使用命名管道直接与数据库通信，而不是使用localhost地址或侦听某个端口。

Answer 2

确实，您不会使用系统内存，但您在示例中不使用 cpu 的事实只是因为您没有读取管道，因此进程正在等待。

考虑以下示例：

mkfifo /tmp/testpipe
tar cvf - / | gzip > /tmp/testpipe

现在打开一个新的控制台并运行：

watch -n 1 'ps u -P $(pidof tar)

在第三个控制台中：

cat /tmp/testpipe > /dev/null

如果您查看 watch cmd（第二项），它将显示 CPU 消耗增加！

Answer 3

这是一个用例，其中命名管道可以通过删除 I/O 为您节省大量时间。

假设您有一个 BigFile，例如 10G。

您还可以将此 BigFile 拆分为 1G，BigFileSplit_01 到 BigFile_Split_10。

现在你对 BigFileSplit_05 的正确性有疑问

天真地，如果没有命名管道，您将从 BigFile 创建一个新的拆分并进行比较：

dd if=BigFile of=BigFileSplitOrig_05 bs=1G skip=4 count=1
diff -s BigFileSplitOrig_05 BigFileSplit_05
rm BigFileSplitOrig_05

使用命名管道你会做

mkfifo BigFileSplitOrig_05
dd if=BigFile of=BigFileSplitOrig_05 bs=1G skip=4 count=1 &
diff -s BigFileSplitOrig_05 BigFileSplit_05
rm BigFileSplitOrig_05

乍一看，这似乎没有太大区别……但随着时间的推移，差异是巨大的！

选项1：

• dd：读1G/写1G (1)
• 差异：读取2G
• rm：释放分配的集群/删除目录条目

选项 2：

• dd：没什么！（转到命名管道）
• 差异：读取2G
• rm：没有分配的集群来管理（我们实际上没有向文件系统写入任何内容）/删除目录条目

所以基本上命名管道在这里为您节省了 1G 的读写以及一些文件系统清理（因为我们没有向文件系统写入任何内容，而是空的 fifo 节点）。

不进行 I/O，尤其是写入，也有助于避免磁盘磨损。使用 SSD 时更有趣，因为它们在单元死亡之前的写入次数有限。

(1) 显然，另一种选择是将临时文件创建到 RAM，例如，如果 /tmp 挂载到 RAM (tmpfs)。然而，您会受到 RAM 磁盘大小的限制，而“命名管道技巧”则没有限制。