Pipe on 大飞的博客

从零写OS（三十四）：阻塞式管道与调度器的两个 Bug

Fri, 22 May 2026 05:00:00 +0000

上一章实现了阻塞式 TTY，这一章在同样的思路上让 pipe 的 read 也变成阻塞式，同时修复了调度器里隐藏的两个 Bug，让 fork + exec + wait4 的完整流程跑通。

问题：非阻塞 pipe read 的后果

ch33 之前，vfs_read 对 pipe 的实现是：

if (pipe_buf_empty(p)) return 0;   // 管道空 → 直接返回 0

对于 shell 管道命令，busybox sh 会：

fork 出子进程执行左侧命令，写 pipe
父进程（或另一子进程）读 pipe，处理右侧命令

如果读端在写端还没写入时就读到 0，shell 认为 EOF，管道提前关闭，命令输出丢失。

解决方案：sti/hlt 等待

与 ch33 阻塞式 TTY read 相同的思路：在内核态用 sti; hlt 轮询等待。

// pipe read：等待数据或写端关闭
while (pipe_buf_empty(p) && pipe_has_writer(p)) {
    __asm__ volatile("sti" ::: "memory");
    __asm__ volatile("hlt" ::: "memory");
    __asm__ volatile("cli" ::: "memory");
}
if (pipe_buf_empty(p)) return 0;   // 写端已关闭且无数据 → EOF

关键点：

从零写OS（二十六）：poll —— 同时等待多个 fd

Thu, 14 May 2026 06:00:00 +0000

上一章实现了 TTY 输入，但用户程序只能这样等输入：

.read_loop:
    syscall SYS_READ(fd=0, buf, 64)
    cmp rax, 0
    jle .read_loop

问题很明显：

CPU 全速空转：没有输入时 SYS_READ 每次返回 0，进程白白占用 CPU
无法同时等多个 fd：如果既要等 stdin，又要等 pipe，必须串行轮询，任一 fd 都可能饿死

poll 解决这两个问题。

poll 是什么

poll(fds[], nfds, timeout) 是一个系统调用：

传入一组 pollfd_t 结构，每个描述"我关心 fd X 的什么事件"
内核检查每个 fd 是否满足条件
返回就绪的 fd 数量，并在 revents 里标记哪些事件发生了

struct pollfd {
    int   fd;       // 监听哪个 fd
    short events;   // 关心：POLLIN（可读）/ POLLOUT（可写）
    short revents;  // 内核填写：实际发生了什么
};

int poll(struct pollfd *fds, int nfds, int timeout_ms);

有了 poll，程序可以：

poll([{fd=0, POLLIN}, {fd=pipe_r, POLLIN}], 2, -1)
  → 等到任意一个有数据，才返回

实现架构

整体分四层：

从零写OS（二十二）：管道 pipe 与 dup2

Thu, 14 May 2026 02:00:00 +0000

上一章实现了文件描述符，进程可以用 open/read/close 访问 ext2 文件。但两个进程之间还没有办法通信。shell pipeline cmd1 | cmd2 的本质是：cmd1 的输出直接流进 cmd2 的输入，中间不落磁盘。

这一章实现 pipe 和 dup2，打通进程间通信的最小路径。

pipe 是什么

pipe 是内核里的一块环形字节缓冲区。系统调用 pipe(fds) 返回两个文件描述符：

fds[0] = 读端    fds[1] = 写端

写进程 → fds[1] → [内核 ring buffer 256字节] → fds[0] → 读进程

和普通文件一样，管道也走 fd → VFS → 底层数据这三层，只不过底层数据不是磁盘，而是内核里的 pipe_t。

dup2 是什么

dup2(oldfd, newfd) 让 newfd 指向和 oldfd 同一个内核文件描述符，如果 newfd 已经打开则先关掉它。

shell pipeline 的核心操作就是 dup2 + exec：

// 子进程（cmd1），stdout → pipe 写端
dup2(fds[1], 1);
close(fds[0]);
close(fds[1]);
exec("cmd1");    // cmd1 以为自己在写 stdout，实际写进了管道

// 父进程（cmd2），stdin → pipe 读端
dup2(fds[0], 0);
close(fds[0]);
close(fds[1]);   // 关掉写端，否则 cmd2 永远等不到 EOF
exec("cmd2");

pipe 的 EOF 语义

read 管道什么时候返回 0（EOF）？