パイプや FIFO に対する入出力¶

パイプと FIFO の違いは作成やオープンの方法だけである。 これらの操作が完了した後は、パイプと FIFO に対する入出力は 全く同じ仕組みで行われる。

プロセスが空のパイプから読み出しを行おうとした場合、 read(2) はデータが読み出し可能になるまで停止する。 プロセスがフル状態のパイプに書き込みを行おうとした場合、 write(2) は書き込みを完了するのに十分な量のパイプからの読み出しが 行われるまで停止する。 非停止 (non-blocking) I/O を使うこともできる。 非停止 I/O を使うには、 fcntl(2) F_SETFL 操作を使って、 O_NONBLOCK オープンファイル状態フラグを有効にする。

パイプにより提供される通信チャネルは「バイトストリーム」であり、 メッセージ境界の概念はない。

パイプの書き込み側を参照しているファイル・ディスクリプタが すべてクローズされた後で、そのパイプから read(2) を行おうとした場合、 end-of-file (ファイル末尾) が見える (read(2) は 0 を返す)。 パイプの読み出し側を参照しているファイル・ディスクリプタが すべてクローズされた後で、 write(2) を行うと、呼び出し元プロセスに SIGPIPE シグナルが送られる。 呼び出し元プロセスがこのシグナルを無視しているときには、 write(2) はエラー EPIPE で失敗する。 pipe(2) と fork(2) を使用するアプリケーションでは、 close(2) を適切に使って不必要なファイル・ディスクリプタの複製を クローズすべきである。こうすることで、必要な時に確実に end-of-file や SIGPIPE/EPIPE が配送されるようになる。

パイプには lseek(2) を行うことはできない。

パイプの容量¶

パイプの容量には上限がある。 パイプがフルの場合、 write(2) は停止したり失敗したりする。どちらになるかは O_NONBLOCK フラグがセットされているかどうかに依存する (下記参照)。 実装により、パイプの容量の上限は異なる。 アプリケーションは特定の容量を前提にすべきではない。 書き込み側のプロセスが停止したままにならないよう、 読み出し側のプロセスはデータが利用可能になったらできるだけすぐに 読み出しを行うように、アプリケーションを設計すべきである。

バージョン 2.6.11 より前の Linux ではパイプの容量はシステムのページサイズ と同じであった (例えば i386 では 4096 バイト)。 Linux 2.6.11 以降では、パイプの容量は 65536 バイトである。

PIPE_BUF¶

POSIX.1-2001 では、 PIPE_BUF バイト以下の write(2) は atomic に行われること、つまりパイプへの出力データの書き込みは 連続したシーケンスとして行われることを必須としている (MUST)。 PIPE_BUF バイトより多くのデータを書き込み場合は atomic とはならない、 つまりパイプへの他のプロセスによるデータの書き込みが間に入る 可能性がある。 POSIX.1-2001 の仕様では、 PIPE_BUF は最小でも 512 バイトであることが要求されている (Linux では PIPE_BUF は 4096 バイトである)。 正確な動作は、ファイル・ディスクリプタが non-blocking (O_NONBLOCK) かどうか、パイプへの書き込みが複数から行われるかどうか、および 書き込みを行うバイト数 n により決定される。

O_NONBLOCK 無効, n <= PIPE_BUF

n バイト全部の書き込みが atomic に行われる。 n バイト分をすぐに書き込む余地がない場合は write(2) は停止 (block) することがある。

O_NONBLOCK 有効, n <= PIPE_BUF

パイプに n バイトを書き込む余地がある場合は、 n バイト全部がすぐに書き込まれる。 余地がない場合は、 write(2) は失敗し、 errno に EAGAIN がセットされる。

O_NONBLOCK 無効, n > PIPE_BUF

書き込みは atomic とはならない。 write(2) に渡されたデータの間に、他のプロセスにより write(2) されたデータが入ることがある。 write(2) は n バイトの書き込みが完了するまで停止する。

O_NONBLOCK 有効, n > PIPE_BUF

パイプがフルの場合、 write(2) は失敗し、 errno に EAGAIN がセットされる。 それ以外の場合、1 バイト以上 n バイト以下のデータが書き込まれる (つまり「一部分だけ書き込まれる」場合もあり得る)。 呼び出し元は write(2) の返り値を参照し、実際に何バイト書き込まれたのかを確認すべきである。 また、書き込みに成功したデータも、他のプロセスが書き込んだデータが 間に入ることがある。

オープンファイル状態フラグ¶

オープンファイル状態フラグのうち、パイプや FIFO に対して意味を持つのは O_NONBLOCK と O_ASYNC だけである。

パイプの読み出し側に O_ASYNC フラグをセットすると、パイプに新たな入力があるとシグナル (デフォルトでは SIGIO) が生成される (詳細は fcntl(2) を参照)。 Linux では、 パイプと FIFO に対する O_ASYNC はカーネル 2.6 以降でのみサポートされている。

移植に関する注意¶

いくつかのシステム (Linux ではない) では、パイプは双方向である、 つまりパイプの両端間でデータを両方向に送信することができる。 POSIX.1-2001 では、パイプは一方向の通信だけに対応していればよい。 移植を考慮したアプリケーションでは、双方向パイプの仕組みを 前提にすべきではない。