Android随笔-pipe是什么？
pipe 是 Linux 内核提供的进程间通信（IPC）机制，本质上是一个内核管理的环形缓冲区（ring buffer），让两个进程可以通过文件描述符（FD）单向传输字节流。
一、pipe 是什么？
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 本质 | 内核中的环形缓冲区，存在于 RAM 中 |
| 方向 | 单向（半双工）：数据只能从一个方向流动 |
| 顺序 | FIFO（先进先出） |
| 生命周期 | 随进程结束而销毁，不持久化到磁盘 |
| 创建 | pipe()系统调用创建 2 个 FD |
二、核心 API
#include<unistd.h>intpipe(intpipefd[2]);// pipefd[0] = 读端（read end）// pipefd[1] = 写端（write end）// 现代版本：intpipe2(intpipefd[2],intflags);// flags: O_NONBLOCK（非阻塞）, O_CLOEXEC（执行时关闭）// 示例：intfd[2];pipe(fd);// 或 pipe2(fd, O_NONBLOCK | O_CLOEXEC)write(fd[1],"Hello",5);// 向写端写入read(fd[0],buf,100);// 从读端读取三、架构图
四、内核实现：环形缓冲区
// Linux Kernel: fs/pipe.cstructpipe_inode_info{structmutexmutex;structpipe_buffer*bufs;// 环形缓冲区数组unsignedinthead;// 写指针unsignedinttail;// 读指针unsignedintring_size;// 缓冲区大小（默认 16 页 = 64KB）structpage*tmp_page;structfasync_struct*fasync_readers;structfasync_struct*fasync_writers;structinode*inode;structuser_struct*user;};关键点：
- 内核分配一个页（page）数组作为缓冲区
- 默认大小：16 页 = 64KB（PIPE_BUF）
- 写指针和读指针维护 FIFO 顺序
- 缓冲区满时，write() 阻塞（默认）或返回 EAGAIN（非阻塞）
五、阻塞 vs 非阻塞行为
| 场景 | 阻塞模式（默认） | 非阻塞模式（O_NONBLOCK） |
|---|---|---|
read()时缓冲区为空 | 阻塞，直到有数据 | 返回-1，errno = EAGAIN |
write()时缓冲区满 | 阻塞，直到有空间 | 返回-1，errno = EAGAIN |
write() < PIPE_BUF | 原子写入（全有或全无） | 原子写入 |
write() > PIPE_BUF | 可能拆分写入 | 可能拆分写入 |
六、pipe 在 Android Looper 中的应用（Legacy）
旧版 Android（Android 5.0 之前）用 pipe 实现 Looper 的线程唤醒：
// system/core/libutils/Looper.cpp (Legacy)Looper::Looper(boolallowNonCallbacks){// 创建 pipeintwakeFds[2];pipe(wakeFds);// or pipe2(wakeFds, O_CLOEXEC)mWakeReadPipeFd=wakeFds[0];// 读端mWakeWritePipeFd=wakeFds[1];// 写端// 将读端注册到 epollstructepoll_eventeventItem;eventItem.events=EPOLLIN;eventItem.data.fd=mWakeReadPipeFd;epoll_ctl(mEpollFd,EPOLL_CTL_ADD,mWakeReadPipeFd,&eventItem);}voidLooper::wake(){// 向写端写入 1 字节，触发 epoll_wait 返回write(mWakeWritePipeFd,"W",1);}voidLooper::awoken(){// 从读端读取，清空 pipecharbuffer[16];read(mWakeReadPipeFd,buffer,sizeof(buffer));}七、为什么 Android 从 pipe 切换到 eventfd？
| 对比项 | pipe | eventfd |
|---|---|---|
| FD 数量 | 2（读+写） | 1 |
| 内核缓冲区 | 2 个 ring buffer | 1 个 64 位计数器 |
| 原子性 | 不保证 | 保证 64 位原子操作 |
| 系统调用开销 | pipe()+ 2 次fcntl() | eventfd()一次 |
| 适用场景 | 数据传输 | 简单通知 |
| Android 使用 | Legacy（pre-5.0） | Modern（5.0+） |
eventfd 更适合"通知"场景，因为它就是设计来做轻量级事件通知的。
八、常见使用场景
| 场景 | 说明 | |
|---|---|---|
| Shell 管道 | `ls | grep txt—ls的 stdout 通过 pipe 连接到grep` 的 stdin |
| 父子进程通信 | fork()后，pipe()让父子进程交换数据 | |
| Android Looper | Legacy 唤醒机制（已被 eventfd 替代） | |
| 自管道技巧 | 信号处理中，信号处理函数向 pipe 写，主循环从 pipe 读，避免信号处理中的异步问题 |
九、总结
pipe 是 Linux 内核提供的单向字节流 IPC 机制，通过 pipe() 创建两个文件描述符（fd[0] 读端、fd[1] 写端），数据在内核环形缓冲区中按 FIFO 顺序流动。旧版 Android Looper 用 pipe 实现线程唤醒（写端触发 epoll_wait 返回），现代 Android 用更高效的 eventfd 替代了 pipe。