为什么要使用命名管道而不是文件？

我最近阅读了有关命名管道的信息，但我不明白为什么它们存在。
我在某处读到，使用命名管道比使用文件耗时少。

为什么会这样呢？
命名管道还必须存储在内存中（并且可以交换，就像文件一样）。
据我所知，它们必须获得一个inode，该inode必须像文件一样被当前目录引用。同样，它们必须像文件一样由程序员删除。

那么优势在哪里呢？

在Linux中，几乎所有事物都可以视为文件，但是常规文件和命名管道之间的主要区别在于，命名管道是文件的特殊实例，在文件系统上没有内容。

这是引用自man fifo：

FIFO特殊文件（命名管道）类似于管道，不同之处在于它是作为文件系统的一部分进行访问的。它可以通过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，内核会在内部传递所有数据，而无需将其写入文件系统。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。

内核为每个至少由一个进程打开的FIFO特殊文件维护一个管道对象。必须先在两端打开FIFO（读取和写入），然后才能传递数据。通常，打开FIFO块，直到另一端也打开。

因此，实际上，在某些进程对其进行读写之前，命名管道什么都不做。它不占用硬盘上的任何空间（除了少量的元信息），也不使用CPU。

您可以通过执行以下操作进行检查：

创建一个命名管道

$ mkfifo /tmp/testpipe

转到某个目录，例如/home/user/Documents，并使用命名管道将其中的所有内容gzip压缩。

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

在这里，您应该看到gzip进程的PID。在我们的示例中为28584。

现在检查此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

您将看到它没有使用任何资源。0％CPU使用率，0％内存使用率。

验证有关文件空间使用的预感

$ du -h /tmp/testpipe
0   testpipe

再说一遍0，什么都没有。如果需要，可以再次使用测试管。

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

用法示例

您可以使用命名管道重定向几乎所有内容。作为示例，您可以看到这一行代理。

这也是命名管道用法的另一种很好的解释。您可以在一台服务器上配置两个进程以使用命名管道而不是TCP / IP堆栈进行通信。它快得多，并且不加载网络资源。例如，您的Web服务器可以直接使用命名管道与数据库通信，而不是使用localhost地址或侦听某些端口。

的确，您不会使用系统内存，但是您在示例中未使用cpu的事实仅仅是因为您不读取管道，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

如果您看一下cmd手表（第二学期），它将显示CPU消耗量增加！

这是一个用例，其中命名管道可以通过删除I / O节省大量时间。

假设您有一个BigFile，例如10G。

您还可以将此BigFile分成1G的部分，从BigFileSplit_01到BigFile_Split_10。

现在您对BigFileSplit_05的正确性有疑问

天真的，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，您可以

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

乍一看似乎并没有太大的不同……但是随着时间的流逝，巨大的差异！

选项1：

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

选项2：

• dd：什么都没有！（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）/删除目录项

因此，基本上，命名管道在这里为您节省了1G的读写操作以及一些文件系统清理（因为我们只向空的fifo节点写入了文件系统）。

不执行I / O（尤其是写操作）也可以避免磁盘磨损。当您使用SSD时，这会更加有趣，因为在单元死亡之前，它们的写入次数有限。

（1）显然，另一种选择是将该临时文件创建到RAM，例如，如果/ tmp已安装到RAM（tmpfs）。但是，您将受到RAM磁盘大小的限制，而“命名管道技巧”没有限制。

您可以让程序保持静止，并听取命名管道中的某些外部事件。一旦外部事件发生（例如，一些新数据的到达），其他程序就可以检测到该事件，该程序又打开管道进行写入，并将相关事件数据写入管道。发出close语句后，侦听程序将通过read语句通过管道接收数据流，并准备处理所获得的数据。阅读内容后，别忘了关闭管道。侦听程序还可以通过相同程序或另一个命名管道返回其处理结果。这样的程序间通信有时非常方便。