pipe
pipe情報を有するstruct pipe_inode_info inode->i_pipeの持つinodeを、書込み/読込みの２つのFILE構造体で共有することで実現します。それぞれのFILE構造体には読み込み/書き込み用独自のファイルオペレーションコールバックが設定され、共通のバッファを２つの独立したコールバック関数で操作しているということです。
pipe:[42416]はパイプのinode番号です。lr-x------の読み込みfdと、l-wx------の書き込みfdが同じinodeであるのが確認できます。
get_unused_fd_flags()でプロセスのFILEインデックスを取得、そのインデックスに読み込み用pipeを、そして書き込み用pipeをfd_install()で設定します。これでfd[0]でreadするとpipeへの読み込みが、fd[1]でwriteするとpipeへの書き込みが可能となります。
inode->i_fop = &rdwr_pipefifo_fopsと、読み書き可能なinodeコールバック関数が設定されていますが、上で見てきたように、pipeでは直接fileコールバックを、write_pipefifo_fops/read_pipefifo_fopsで設定して、inodeコールバックがfileコールバックに反映されることはありません。これはFIFO機能を実現するためです。
FIFOファイルはmknodで作成され、FIFOを参照するプロセスがopenして読み書きするわけですが、open時inodeのコールバックがfileコールバックに設定され、inode->openコールバックが呼び出されます。このopenコールバック処理で、openフラグに応じたFIFO用のファイルオペレーションコールバック関数が、FILEに再設定されるようになっています。
pipe:[42416]はパイプのinode番号です。lr-x------の読み込みfdと、l-wx------の書き込みfdが同じinodeであるのが確認できます。
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int
main(int argc, char *argv[])
{
int pipefd[2];
if (pipe(pipefd) == -1) {
perror("pipe");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while(1) {
sleep(10);
}
}
[root@localhost kitamura]# ./hoge_pipe & [1] 12987 [root@localhost kitamura]# ls -l /proc/12987/fd 合計 0 lrwx------ 1 root root 64 3月 30 22:04 0 -> /dev/pts/1 lrwx------ 1 root root 64 3月 30 22:04 1 -> /dev/pts/1 lrwx------ 1 root root 64 3月 30 22:04 2 -> /dev/pts/1 lr-x------ 1 root root 64 3月 30 22:04 3 -> pipe:[42416] l-wx------ 1 root root 64 3月 30 22:04 4 -> pipe:[42416]create_write_pipe()で書き込み用fileを取得し、create_read_pipe()で読み込み用fileを取得します。create_read_pipe()でfwを引数とすることで、fwで設定されているinodeと同じfrを作成します。
get_unused_fd_flags()でプロセスのFILEインデックスを取得、そのインデックスに読み込み用pipeを、そして書き込み用pipeをfd_install()で設定します。これでfd[0]でreadするとpipeへの読み込みが、fd[1]でwriteするとpipeへの書き込みが可能となります。
int do_pipe_flags(int *fd, int flags)
{
struct file *fw, *fr;
int error;
int fdw, fdr;
if (flags & ~(O_CLOEXEC | O_NONBLOCK | O_DIRECT))
return -EINVAL;
fw = create_write_pipe(flags);
if (IS_ERR(fw))
return PTR_ERR(fw);
fr = create_read_pipe(fw, flags);
error = PTR_ERR(fr);
if (IS_ERR(fr))
goto err_write_pipe;
error = get_unused_fd_flags(flags);
if (error < 0)
goto err_read_pipe;
fdr = error;
error = get_unused_fd_flags(flags);
if (error < 0)
goto err_fdr;
fdw = error;
audit_fd_pair(fdr, fdw);
fd_install(fdr, fr);
fd_install(fdw, fw);
fd[0] = fdr;
fd[1] = fdw;
return 0;
err_fdr:
put_unused_fd(fdr);
err_read_pipe:
path_put(&fr->f_path);
put_filp(fr);
err_write_pipe:
free_write_pipe(fw);
return error;
}
pipefs下で、get_pipe_inode()でpipeのinodeを、d_alloc_pseudo()で取得したdentryにセットした後、それをalloc_file()で取得したstruct file *fにコールバック関数をwrite_pipefifo_fopsとすることで、このファイルは、pipe書きのファイルとなります。pipeのdentryは参照することがないためname = ""としています。
struct file *create_write_pipe(int flags)
{
int err;
struct inode *inode;
struct file *f;
struct path path;
struct qstr name = { .name = "" };
err = -ENFILE;
inode = get_pipe_inode();
if (!inode)
goto err;
err = -ENOMEM;
path.dentry = d_alloc_pseudo(pipe_mnt->mnt_sb, &name);
if (!path.dentry)
goto err_inode;
path.mnt = mntget(pipe_mnt);
d_instantiate(path.dentry, inode);
err = -ENFILE;
f = alloc_file(&path, FMODE_WRITE, &write_pipefifo_fops);
if (!f)
goto err_dentry;
f->f_mapping = inode->i_mapping;
f->f_flags = O_WRONLY | (flags & (O_NONBLOCK | O_DIRECT));
f->f_version = 0;
return f;
err_dentry:
free_pipe_info(inode);
path_put(&path);
return ERR_PTR(err);
err_inode:
free_pipe_info(inode);
iput(inode);
err:
return ERR_PTR(err);
}
pipe書き込みpathとpipe読み込みread_pipefifo_fopsコールバック関数を引数として、alloc_file()でpipe読み込みFILEを取得します。
struct file *create_read_pipe(struct file *wrf, int flags)
{
/* Grab pipe from the writer */
struct file *f = alloc_file(&wrf->f_path, FMODE_READ,
&read_pipefifo_fops);
if (!f)
return ERR_PTR(-ENFILE);
path_get(&wrf->f_path);
f->f_flags = O_RDONLY | (flags & O_NONBLOCK);
return f;
}
pipefsは実デバイスブロックを有してないため、new_inode_pseudo()でinodeを取得し、重要なalloc_pipe_info()で取得したpipe情報をinode->i_pipe = pipeに設定することです。ここに読み書きのバッファー等がアロケートされています。inode->i_fop = &rdwr_pipefifo_fopsと、読み書き可能なinodeコールバック関数が設定されていますが、上で見てきたように、pipeでは直接fileコールバックを、write_pipefifo_fops/read_pipefifo_fopsで設定して、inodeコールバックがfileコールバックに反映されることはありません。これはFIFO機能を実現するためです。
FIFOファイルはmknodで作成され、FIFOを参照するプロセスがopenして読み書きするわけですが、open時inodeのコールバックがfileコールバックに設定され、inode->openコールバックが呼び出されます。このopenコールバック処理で、openフラグに応じたFIFO用のファイルオペレーションコールバック関数が、FILEに再設定されるようになっています。
static struct inode * get_pipe_inode(void)
{
struct inode *inode = new_inode_pseudo(pipe_mnt->mnt_sb);
struct pipe_inode_info *pipe;
if (!inode)
goto fail_inode;
inode->i_ino = get_next_ino();
pipe = alloc_pipe_info(inode);
if (!pipe)
goto fail_iput;
inode->i_pipe = pipe;
pipe->readers = pipe->writers = 1;
inode->i_fop = &rdwr_pipefifo_fops;
inode->i_state = I_DIRTY;
inode->i_mode = S_IFIFO | S_IRUSR | S_IWUSR;
inode->i_uid = current_fsuid();
inode->i_gid = current_fsgid();
inode->i_atime = inode->i_mtime = inode->i_ctime = CURRENT_TIME;
return inode;
fail_iput:
iput(inode);
fail_inode:
return NULL;
}
pippeのファイルオペレーションコールバックで、read_pipefifo_fopsの.writeはbad_pipe_w、write_pipefifo_fopsの.readはbad_pipe_rとし、それぞれ書き込み/読み込みができないようになっています。
const struct file_operations read_pipefifo_fops = {
.llseek = no_llseek,
.read = do_sync_read,
.aio_read = pipe_read,
.write = bad_pipe_w,
.poll = pipe_poll,
.unlocked_ioctl = pipe_ioctl,
.open = pipe_read_open,
.release = pipe_read_release,
.fasync = pipe_read_fasync,
};
const struct file_operations write_pipefifo_fops = {
.llseek = no_llseek,
.read = bad_pipe_r,
.write = do_sync_write,
.aio_write = pipe_write,
.poll = pipe_poll,
.unlocked_ioctl = pipe_ioctl,
.open = pipe_write_open,
.release = pipe_write_release,
.fasync = pipe_write_fasync,
};
static ssize_t
bad_pipe_r(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
return -EBADF;
}
static ssize_t
bad_pipe_w(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,
loff_t *ppos)
{
return -EBADF;
}
