实验4---进程的管道通信

实验实验 4 进程的管道通信进程的管道通信 1 目的目的 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 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P1 Y 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 exit 0 7 运行结果及其说明运行结果及其说明 运行结果如下图所示 8 回答以下问题回答以下问题 指出父进程与两个子进程并发执行的顺序 并说明原因 答 父进程先创建子进程 P1 然后子进程 P1 执行 P1 执行完以后父进程执行并 创建子进程 P2 接着 P2 执行 P2 执行完以后返回父进程 程序结束 这是由 进程的同步机制决定的 因为只有子进程向管道写入信息后 父进程才能从管 道中读取消息 否则父进程调用 wait 阻塞自己 将处理机交由子进程 若不对管道加以互斥控制 会有什么后果 答 对管道进行互斥控制 是为防止两个子进程对管道资源进行争夺而产生信息 丢失或覆盖 如果不加控制 那么可能一个子进程写入的信息还没来得及被 父进程读出 另一个子进程又向管道写入信息 那么之前的进程写入的信息将 被覆盖 父进程也就读不到之前进程传递来的信息了 说明你是如何实现父子进程之间的同步的 答 父进程读出之前确定管道中有数据 若管道中没有数据 则父进程调用 wait 函数阻塞自身 当子进程结束时 管道中已经有数据 父进程才执行 子进程在写入之前要确定管道中的数据已经被父进程读出 否则不能写 入或者阻塞自己 可以通过进程间的互斥来间接的办到 因为子进程间的互斥 所以 每个子进程在执行开始都对管道 p