操作系统实验-进程同步与互斥

实验四：进程的管道通信

➢实验题目

进程的管道通信

➢实验目的

加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。学习进程创建的过程，进一步认识进程并发执行的实质。分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。学习解决进程同步的方法。掌握Linux系统中进程间通过管道通信的具体实现

➢实验内容

使用系统调用pipe()建立一条管道，系统调用fork()分别创建两个子进程，它们分别向管道写一句话，如：

Child process1 is sending a message!

Child process2 is sending a message!

父进程分别从管道读出来自两个子进程的信息，显示在屏幕上。

当然，仅仅通过屏幕上输出这两句话还不能说明实现了进程的管道通信，为了能够更好的证明和显示出进程的同步互斥和通信，在其中要加入必要的跟踪条件，如一定的输出语句等，来反映程序的并发执行情况

➢实验要求

这是一个设计型实验，要求自行、独立编制程序。两个子进程要并发执行。实现管道的互斥使用。当一个子进程正在对管道进行写操

作时，另一个欲写入管道的子进程必须等待。使用系统调用lockf(fd[1],1,0)实现对管道的加锁操作，用lockf(fd[1],0,0)解除对管道的锁定。实现父子进程的同步，当父进程试图从一空管道中读取数据时，便进入等待状态，直到子进程将数据写入管道返回后，才将其唤醒。

为了清楚的反应进程的同步，在子进程完成相应的操作后，调用sleep()函数睡眠一段时间（程序中定为3s）。父进程先执行wait()函数，当有子进程执行完毕后，会得到子进程的返回结果并清理子进程。若子进程没执行完，父进程一直执行wait()进行监听，知道有一个子进程执行完成为僵尸进程。

➢程序中用到的系统调用

因为程序时在linux系统上进行编写的，所以其中要利用到相关的linux提供的系统调用。

所用到的系统调用包含在如下头文件中。

#include

#include

#include

#include

#include

#include

fork() 用于创一个子进程。

格式：int fork();

返回值：在子进程中返回0；在父进程中返回所创建的子进程的ID值；当返回-1时，创建失败。

wait() 常用来控制父进程与子进程的同步。

在父进程中调用wait()，则父进程被阻塞，进入等待队列，等待子进程结束。当子进程结束时，父进程从wait()返回继续执行原来的程序。

返回值：大于0时，为子进程的ID值；等于-1时，调用失败。exit() 是进程结束时最常调用的。

格式：void exit( int status); 其中，status为进程结束状态。pipe() 用于创建一个管道

格式：pipe(int fd);

其中fd是一个由两个数组元素fd[0]和fd[1]组成的整型

数组，fd[0]是管道的读端口，用于从管道读出数据,fd[1]是管道的写端口，用于向管道写入数据。

返回值：0 调用成功；-1 调用失败。

sleep() 使调用进程睡眠若干时间，之后唤醒。

格式：sleep(int t); 其中t为睡眠时间。

lockf() 用于对互斥资源加锁和解锁。在本实验中该调用的格式为：

lockf(fd[1],1,0)；/* 表示对管道的写入端口加锁。

lockf(fd[1],0,0)；/* 表示对管道的写入端口解锁。

write(fd[1],String,Length) 将字符串String的内容写入管道的写

read(fd[0],String,Length) 从管道的读入口读出信息放入字符串String中。

➢程序流程图

程序流程简述

父进程：

创建管道；

创建子进程1；

创建子进程2；

等待从管道中先后读出两个子进程写入的信息，并显示在屏幕上；

退出。

子进程：

将管道的写入口加锁；

将信息“Child process n is sending message!”输入到变量OutPipe 中，n=1，2；

将OutPipe中信息写入管道；

使自己进入睡眠状态，另一进程执行；

从睡眠状态返回，将管道的写入口解锁；

流程图

➢程序源代码

➢/*OS_3.c */

➢#include

➢#include

➢#include

➢#include

➢#include

➢#include

➢int main()

➢ {

➢ pid_t pc1,pc2, pr1,pr2;

➢int fd[2];

➢char buf1[50],buf2[50],s[50];

➢ pipe(fd);/*创建管道*/

➢ pc1 = fork();/*创建进程*/

➢if ( pc1 < 0 ) /* 子进程1如果出错 */

➢ {

➢ printf("create child prcocess1 error: %s\n", strerror(errno));

➢ exit(1);

➢ }

➢else if ( pc1 == 0) /* 如果是子进程1占据CPU */

➢ {

➢

➢lockf(fd[1],1,0);/*对管道加锁*/

➢ sprintf(buf1,"child process1 %d is sending message\n",getpid());

➢write(fd[1],buf1,50);/*子进程1将信息写入管道*/

➢printf("Now in process1 %d,I'm sending a message.... \n",getpid());/*输入跟踪标记*/ ➢ sleep(3);/* 子进程1睡眠3秒钟 */

➢ lockf(fd[1],0,0);/*解除锁定*/

➢ exit(0);

➢ }

➢ pc2 = fork();/*创建进程*/

➢if ( pc2 < 0 ) /* 子进程2如果出错 */

➢ {

➢ printf("create child prcocess2 error: %s\n", strerror(errno));

➢ exit(1);

➢ }

➢else if ( pc2 == 0) /* 如果是子进程2占据CPU */

➢ {