linux中的PIPE_SIZE与PIPE_BUF，管道最大写入值问题

现在开发的项目是从solaris到linux的应用移植。经常用到popen函数，使用8192字节的数组读取popen输出，但没有进行溢出判断。

刚开始认为是一个简单的内存越界，但对popen和PIPE调查以后，疑惑越来越多了。

1）问题的引出

popen使用管道来记录被调用命令的输出，那么popen的最大写入字节数必然是管道的最大值。

使用linux的ulimit -a来查看系统限制：

[syscom@sysbase0-0 linux]$ ulimit -a
core file size          (blocks, -c) 0
data seg size           (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority             (-e) 0
file size               (blocks, -f) unlimited
pending signals                 (-i) 16204
max locked memory       (kbytes, -l) 64
max memory size         (kbytes, -m) unlimited
open files                      (-n) 1024
pipe size            (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues     (bytes, -q) 819200
real-time priority              (-r) 0
stack size              (kbytes, -s) 8192
cpu time               (seconds, -t) unlimited
max user processes              (-u) 1024
virtual memory          (kbytes, -v) unlimited
file locks                      (-x) unlimited

 

查看solaris的系统限制：

bash-3.00$ ulimit -a
core file size        (blocks, -c) unlimited
data seg size         (kbytes, -d) unlimited
file size             (blocks, -f) unlimited
open files                    (-n) 256
pipe size          (512 bytes, -p) 10
stack size            (kbytes, -s) 8192
cpu time             (seconds, -t) unlimited
max user processes            (-u) 29995
virtual memory        (kbytes, -v) unlimited

可以看到在linux系统上pipe size 为512bytes * 8= 4096bytes。solaris系统上pipe size为512bytes * 10= 5120bytes。

无论是4096还是5120都是远远小于8912的。因此使用8912字节的buf来读取popen的输出时绝对不会出现内存越界问题了。

2）问题的深入

通过ulimit看似得到了正确的结果，但在实际测试中却让人大跌眼镜！

测试程序：

test_popen.c

#include<stdio.h>
int main()
{
    FILE        *fp;
    int i;
    char        *p;
    char        buf[128];
    fp = popen("./test_print", "r");
    if(fp ==NULL) {
        printf("NG\n");
        return -1;
    }
    fgets(buf, 128, fp);
    pclose(fp);
    return 0;
}

test_print.c

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int i;
    for(i=0; i<0xffffffff;i++)
        printf("a");
    return 0;
}

将test_popen.c 和test_print.c分别编译为test_popen和test_print，运行test_popen，程序竟然正常运行！test_print明明输出了4G的字符啊

3）探究原理。

通过man 7 pipe来理解PIPE（我的man版本是1.6f）

 

 PIPE_BUF
       POSIX.1-2001 says that write(2)s of less than PIPE_BUF  bytes  must  be
       atomic:  the  output  data  is  written  to  the  pipe  as a contiguous
       sequence.  Writes of more than PIPE_BUF bytes may  be  non-atomic:  the
       kernel  may  interleave  the data with data written by other processes.
       POSIX.1-2001 requires PIPE_BUF to be at least 512  bytes.   (On  Linux,
       PIPE_BUF  is  4096 bytes.)  The precise semantics depend on whether the
       file descriptor is non-blocking (O_NONBLOCK), whether there are  multi-
       ple writers to the pipe, and on n, the number of bytes to be written:

PIPE_BUF确实为4096，但PIPE_BUF是指原子写的最大值，4kb刚好是1page size，并不是指PIPE SIZE

在谷歌上搜索内核源码，在3.10的内核中有如下：

133 /* Differs from PIPE_BUF in that PIPE_SIZE is the length of the actual
134    memory allocation, whereas PIPE_BUF makes atomicity guarantees.  */
135 #define PIPE_SIZE               PAGE_SIZE
明确说明了PIPE_BUF和PIPE_SIZE的不同
进一步调查，发现在2.6.11之前，PIPE_SIZE为4k，之后内核中PIPE_SIZE为64k，那为何能写入多达4G的字符呢？

这时我想到了popen的源码，查看了popen在BSD的实现，除了使用pipe函数外，与system调用并无区别。

点我查看popen源代码

4）结论

依赖linux的pipe特性的程序并不是好的设计，非常容易出乱子（目前还未发生），最好还是老老实实地做内存越界判断，降低与系统的耦合性。