我們天天都在使用的管道命令，Shell 在裡面到底動了什麼手腳？
管道命令我們經常使用，將一個指令的輸出匯入另一個指令的輸入，也就是屁股對上嘴，這個原理連程式設計小學生都知道。但是如果要深入問進去，一個指令的輸出是如何匯入到另一個指令的輸入，管道又起到什麼角色，估計能回答這個問題的人不足 1%。下面我們來深入分析一下管道指令的實現原理，對於下面的這條指令，shell 到底幹了些什麼
$ cmd1 | cmd2
首先我用下面這張圖來描述最終形態，然後再一步一步來分解最終形態的形成過程
上圖我們看到了程序描述符表、管道、程序的父子關係。
fork 和 exec
shell 每次執行指令， 需要 fork 出一個子程序來執行，然後將子程序的映象替換成目標指令，這又會用到 exec 函式。比如下面這條簡單的指令
$ cmd
exec 函式不會改變當前程序的程序號，不會改變程序之間的父子關係。可以將程序看成一個帶殼的球體，exec 之後，外面的殼不會變，球裡面的東西被完全替換了。而輸入輸出檔案描述符預設在殼上面，這意味著指令 cmd 的輸入輸出繼承了 shell 程序的輸入輸出。
$ cmd1 | cmd2
當指令裡面包含一個管道符，意味著需要並行執行兩個指令，這時候 shell 需要 fork 兩次生成兩個子程序，然後分別 exec 換成目標指令。
我們注意到圖裡面還有一個 pipe，它就是負責父子程序通訊的管道。
pipe
管道用於父子程序的通訊，在 fork 之前建立 pipe，pipe將成為 fork 之後父子程序之間的紐帶。pipe 函式會返回兩個描述符（pipe_in, pipe_out），一個用於讀，一個用於寫。
dup2
下面我們就需要調整圖中描述符的尖頭，將 cmd1 程序的 stdout 描述符指向管道寫，將 cmd2 程序的 stdin 描述符指向管道讀，這就需要神奇的 dup2(fd1, fd2) 函式，它的作用是將 fd1 描述符關聯 fd2 指向的核心物件，之前 fd1 指向的核心物件引用計數減一，如果減到零就銷燬。注意平時我們呼叫 close 方法本質上只是遞減引用計數，同一個核心物件是可以被多個程序共享的。當引用計數減到零時就會正式關閉。
下面我們將 dup2 函式的規則應用一下，對兩個程序分別呼叫 dup2 方法得到
然後再將不需要的描述符關閉掉，就得到了下面的終極圖，完美！
如果是兩個管道符三個命令如下，就會生成兩個管道
$ cmd1 | cmd2 | cmd3
如果任意一端的程序突然掛掉了會發生什麼？
假設 cmd1 先掛掉，管道寫被動關閉，cmd2 在讀取管道內容時會遭遇 EOF，然後正常結束。
假設 cmd2 先掛掉，管道讀被動關閉，cmd1 繼續寫管道，這時候程序會收到一個 SIGPIPE 訊號，預設動作是程序直接退出。
原文釋出時間為：2018-10-19
本文作者：碼洞