管道 (软件)

此條目介紹的是一般意义上的软件管道。关于Unix shell最初实现的管道，请见「管道 (Unix)」。

管道（pipeline），本源是使用消息传递的进程间通信机制，它构成自链接起来的处理元素（进程、线程、协程和函数等），它们被安置为每个元素的输出都是下一个元素的输入；这个名字类比于物理上的管道运输。在连贯的元素之间，通常会提供一定数量的缓冲区。在管道中流动的信息，经常是记录、字节或位的流（stream），而管道的元素可以叫做过滤器（英语：Filter (software)）。将元素连接成管道类似于函数复合（英语：Function composition (computer science)）。在软件工程中，称之为管道与过滤器设计模式^[1]。

概述

管道的概念是在Unix的发源地贝尔实验室由Douglas McIlroy在Unix开发期间主张的^[2][3]。与Unix的管道有关的更早期独立工作是Ken Lochner在1960年代为Dartmouth分时系统（英语：Dartmouth Time Sharing System）开发的“通信文件”^[4][5]。Tony Hoare在1978年提出的通信顺序进程（CSP），进一步发展了McIlroy的管道，但它用于通信的无缓冲区通道不是头等对象^[6]。CMS管道（英语：CMS Pipelines）是开始于1980年的将管道想法向IBM的VM/CMS（英语：VM (operating system)）和z/OS系统的移植^[7]。

狭窄些说，管道是线性的和单向的，最典型的是Unix shell最初提供的管道语法。但是这个术语有时也应用于更一般性的流（flow）。例如，一个基本上单向的管道，可以有在另一个方向上一些通信，叫做“返回通道”或“反向通道”，就像在lexer hack（英语：lexer hack）中那样，也有管道可以是完全双向的。有着单向树和有向无环图拓扑的流^[8][9]，由于没有环路而相对简单，使得它们表现得类似于（线性的）管道，因此也可以宽泛的称为“管道”^[10]。

除了基于字节流（stream）的管道，还有对象管道。在对象管道中，处理元素输出对象而非文本。Windows PowerShell包含了一种内部的对象管道，在PowerShell运行时系统之内于函数之间传输.NET对象。在Limbo编程语言中的通道，是这种隐喻（英语：Scientific community metaphor）的另一个例子。

管道和过滤器（英语：Filter (software)），可以被看作使用字节流作为数据对象的一种形式的函数式编程；更具体的说，它们可以被看作是特定形式的I/O单子^[11]。

参见

• 匿名管道
• 基于组件的软件工程
• 基于流程编程
• GStreamer，建造在插件管道上的多媒体框架。
• 图形流水线
• Iteratees（英语：Iteratees）
• 命名管道，介于匿名管道和文件之间的操作系统构造。
• 流水线 (计算机)，其他计算机相关的管道即流水线概念。
• Kahn进程网络（英语：Kahn process networks），将管道概念扩展成更一般的有向图结构。
• 管道 (Unix)，Unix操作系统的管道。
• Plumber（英语：Plumber (program)），作为Plan 9一部份而开发的“智能管道” 。
• 生产者消费者问题
• 软件设计模式
• 串流处理
• XML管道（英语：XML pipeline）

注释

1. Jorge L. Ortega-Arjona. The Pipes and Filters Pattern. A Functional Parallelism Architectural Pattern for Parallel Programming. January 2005.
2. Mahoney, Michael S. The Unix Oral History Project: Release.0, The Beginning. [2020-05-04]. （原始内容存档于2021-04-21）. McIlroy: It was one of the only places where I very nearly exerted managerial control over Unix, was pushing for those things, yes. 
3. Advice for pipe from M. D. McIlroy.. [2020-05-04]. （原始内容存档于2021-02-22）. 
4. 存档副本. [2020-05-05]. （原始内容存档于2021-02-25）. 
5. The Evolution of the Unix Time-sharing System （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
6. Russ Cox, Bell Labs and CSP Threads （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
7. VM and the VM Community, Melinda Varian (PDF). [2020-05-04]. （原始内容存档 (PDF)于2021-04-21）. 
8. Tom Duff. Rc — The Plan 9 Shell （页面存档备份，存于互联网档案馆）. 1990.
9. Diomidis Spinellis, Marios Fragkoulis. Extending Unix Pipelines to DAGs. April 2017. IEEE Transactions on Computers PP(99):1-1. 
10. dgsh — directed graph shell （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
11. "Monadic I/O and UNIX shell programming". [2020-05-04]. （原始内容存档于2020-11-09）. 

外部链接

• Pipeline Processing. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Parallel Programming: Do you know Pipeline Parallelism?