مقدمه مفهومی لوله ها (Pipes) از مفاهیم بنیادی در سیستم عامل ها و برنامه نویسی هستند که امکان ارتباط بین فرآیندها (IPC) را فراهم می کنند. این سازوکار ابتدا در سیستم عامل یونیکس توسعه یافت و امروزه در تمام سیستم عامل های مدرن پیاده سازی شده است. لوله ها کانال های ارتباطی یک طرفه ای هستند که خروجی یک فرآیند را به عنوان ورودی فرآیند دیگر استفاده می کنند. کاربرد در فناوری اطلاعات در برنامه نویسی و مدیریت سیستم ها، لوله ها کاربردهای گسترده ای دارند: اتصال خروجی یک دستور به ورودی دستور دیگر در خط فرمان (Command Line)، ارتباط بین ماژول های نرم افزاری، پردازش جریان های داده و پیاده سازی الگوهای طراحی مانند فیلترها. در سیستم عامل های یونیکس گونه، نماد / برای ایجاد لوله بین دستورات استفاده می شود. مثال های کاربردی 1. ترکیب دستورات در خط فرمان: ls / grep ’’.txt’’ 2. انتقال داده بین فرآیندهای والد و فرزند 3. پیاده سازی سیستم های پردازش جریان داده 4. ارتباط بین کامپوننت های میکروسرویس 5. انتقال خروجی برنامه ها به فایل های لاگ نقش در معماری سیستم ها لوله ها به عنوان یکی از مکانیسم های اصلی ارتباط بین فرآیندها (IPC) در معماری سیستم عامل ها نقش حیاتی ایفا می کنند. در معماری های مدرن مانند میکروسرویس ها، لوله های مفهومی (نه لوله های سیستمی) برای ارتباط بین سرویس ها استفاده می شوند. در سیستم های پردازش داده های جریانی (Stream Processing)، لوله ها ساختار اصلی انتقال داده بین مراحل پردازش هستند. تاریخچه و تکامل مفهوم لوله برای اولین بار در سال 1973 توسط داگلاس مک یلروی در آزمایشگاه های بل توسعه یافت و در سیستم عامل یونیکس پیاده سازی شد. در دهه 1980، این مفهوم به سیستم عامل های دیگر مانند ویندوز NT منتقل شد. امروزه در سیستم های توزیع شده، مفاهیم مشابهی مانند لوله های شبکه (Network Pipes) و لوله های ابری (Cloud Pipes) توسعه یافته اند. تفاوت با واژگان مشابه لوله ها با سوکت ها (Sockets) متفاوت هستند: سوکت ها امکان ارتباط دوطرفه و شبکه ای را فراهم می کنند، در حالی که لوله ها معمولاً یک طرفه و محدود به یک ماشین هستند. همچنین لوله ها با صف های پیام (Message Queues) تفاوت دارند، چون لوله ها جریان داده را منتقل می کنند نه پیام های گسسته را. پیاده سازی در فناوری ها در یونیکس/Linux با تابع های pipe() و fork() پیاده سازی می شود. در ویندوز از طریق APIهای CreatePipe استفاده می شود. در زبان های برنامه نویسی: پایتون (ماژول subprocess)، جاوا (کلاس ProcessBuilder)، سی شارپ (کلاس Pipeline). در پلتفرم های ابری مانند AWS، سرویس هایی مانند Data Pipeline وجود دارد. چالش های رایج 1. محدودیت اندازه بافر لوله ها 2. مسدود شدن فرآیندها در صورت پر بودن لوله 3. عدم امکان ارتباط بین ماشین های مختلف 4. مشکلات امنیتی در اشتراک لوله ها 5. مدیریت پیچیده در سیستم های بزرگ کاربرد در فناوری های نوین در سیستم های پردازش داده های حجیم (Big Data)، لوله های مفهومی در چارچوب هایی مانند Apache Beam استفاده می شوند. در معماری های رویدادمحور (Event-Driven)، لوله های رویداد (Event Pipes) جریان رویدادها را مدیریت می کنند. در DevOps، لوله های تحویل (Delivery Pipelines) فرآیندهای CI/CD را پیاده سازی می کنند. نتیجه گیری لوله ها با وجود سادگی مفهومی، از ابزارهای قدرتمند در برنامه نویسی و مدیریت سیستم ها هستند. درک عمیق از مکانیسم لوله ها برای طراحی سیستم های کارآمد و بهینه ضروری است. با ظهور فناوری های جدید، مفاهیم مشابه لوله در سطوح بالاتر معماری سیستم ها نیز ظهور کرده اند.
