实验4 进程的管道通信

实验4 进程的管道通信

1. 目的

1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2）进一步认识并发执行的实质。

3）分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。

4）学习解决进程同步的方法。

5）了解Linux系统中进程通信的基本原理。

进程是操作系统中最重要的概念，贯穿始终，也是学习现代操作系统的关键。通过本次实验，要求理解进程的实质和进程管理的机制。在Linux系统下实现进程从创建到终止的全过程，从中体会进程的创建过程、父进程和子进程之间的关系、进程状态的变化、进程之间的互斥、同步机制、进程调度的原理和以管道为代表的进程间的通信方式的实现。

2. 内容及要求

这是一个设计型实验，要求自行编制程序。

使用系统调用pipe()建立一条管道，两个子进程分别向管道写一句话：

Child process1 is sending a message!

Child process2 is sending a message!

父进程从管道读出来自两个子进程的信息，显示在屏幕上。

要求：

1）父进程先接收子进程1发来的消息，然后再接收子进程2发来的消息。

2）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。

3）实现父子进程的同步，当子进程把数据写入管道后，便去睡眠等待；当父进程试图从一空管道中读取数据时，也应等待，直到子进程将数据写入管道后，才将其唤醒。

3．相关的系统调用

1）fork() 用于创建一个子进程。

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。

2）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。

3）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。

4）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。

5）sleep() 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。

6）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。

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

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

4.程序流程

父进程：

1）创建管道；

2）创建子进程1；

3）创建子进程2；

4）等待从管道中读出子进程1写入的数据，并显示在屏幕上；

5）等待从管道中读出子进程2写入的数据，并显示在屏幕上；

6）退出。

子进程：

1）将管道的写入口加锁；

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

3）将OutPipe中信息写入管道；

4）睡眠等待父进程从管道读出数据；

5）将管道的写入口解锁；

6）退出。

5.程序流程图

开始

创建管道

创建子进程

创建成功？N

Y

父进程返回？

N

锁定管道写端写信息入管道睡眠等待父进程

开锁

撤销子进程P1Y

创建子进程P2

创建成功？

N

Y

父进程返回？

Y

管道中是否有

消息

Y

读取管道消息

N

放弃处理机

锁定管道写端

向管道写入消息

睡眠等待父进程

锁定管道写端

撤销子进程P2

结束

N

6.程序源代码

#include

#include #include

#include #include

#include

#include

#include

int main()

{

int i,r,P1,P2,fd[2];//fd[1]写入端，fd[0]读取端

char buf[50],s[50];

pipe(fd);

while((P1=fork())==-1);

if(P1==0)

{

lockf(fd[1],1,0);

sprintf(buf,"child process P1 is sending messages! \n");

printf("child process P1! \n");

write(fd[1],buf,50);

sleep(5);

lockf(fd[1],0,0);

exit(0);

}

else

{

while((P2=fork())==-1);

if(P2==0)

{

lockf(fd[1],1,0);

sprintf(buf,"child process P2 is sending messages! \n");

printf("child process P2! \n");

write(fd[1],buf,50);

sleep(5);

lockf(fd[1],0,0);

exit(0);

}

int pid;

pid=wait(0);

printf("%d\n",pid);

if(r=read(fd[0],s,50)==-1)

printf("can't read pipe! \n");

else

printf("%s\n",s);

pid=wait(0);

printf("%d\n",pid);

if(r=read(fd[0],s,50)==-1)

printf("can't read pipe! \n");

else

printf("%s\n",s);