操作系统-管道通信课程设计

/《计算机操作系统》课程设计报告课程名称：操作系统设计题目：管道通信指导教师：*******班级：*******学号：*****学生姓名：***同组人员：*******************成绩：成绩：评语：计算机科学与工程学院2014年6月19日前言：Linux操作系统是一个向用户开放源码的免费的类UNIX操作系统。它为在校学生学习操作系统课程提供了一个看得见摸得着的范例。对于学生正确理解,掌握操作系统的基本知识具有重要意义。鉴于此,本操作系统课程涉与的实验均在Linux环境下进行。这就要求大家：(1)熟悉Linux的操作和开发环境;(2)具有C语言知识(Linux操作系统大约90%的源码是用C语言编写)。我们的设计和实验将在Windowsxp环境下，基于虚拟机软件VMWare软件进行安装。学习计算机软件技术，特别是计算机操作系统技术，除了需要刻苦努力外，还需要掌握软件和操作系统的原理与设计技巧。如何学习和掌握操作系统技术的原理与实际技巧呢?除了听课和读书之外，最好的方法恐怕就是在实践中练习。例如，自己设计一个小型操作系统，多使用操作系统，多阅读和分析操作源代码等。但由于我们的条件和学时有限，在理论学习过程中没有给同学们提供更多的实验机会。管道通信，通过在两个进程间创建通道，一个写信息通过通道传送给另一个进程并且读出来，同过实践让我们了解了什么是管道通信机制，实现了程序进程间的通信。积极通过合作，完成任务。目录第一章：系统环境 41.1硬件环境 41.2软件环境 4第二章：设计目的 4第三章：总体设计 53.1程序设计组成框图 53.2流程图 63.2.1匿名管道通信C/S流程图 63.2.2命名管道通信C/S流程图 6第四章：详细设计 84.1匿名管道通信 84.2命名管道通信 10第五章：调试与测试 13第六章：设计中遇到的问题与解决方法 15第七章：源程序清单和执行结果与分析 16第八章:总结 20第九章:参考文献 20：系统环境1.1硬件环境Intel（R）Core™2DuoCPUE7500@2.93GHz2.00GB内存1.2软件环境1）MicrosoftWindowsXPProfessional版本2002ServicePack32）VmwareWorkstation10.0.1build-13797763）RedHatLinux9：设计目的实践操作系统原理知识，根据题目要求设计、实现进程的管道通信，并且在虚拟机中模拟的linux系统中运行检测。：总体设计3.1程序设计组成框图无名管道读写示意图命名管道操作示意图3.2流程图3.2.1匿名管道通信C/S流程图3.2.2命名管道通信C/S流程图FIFO写进程：：详细设计4.1匿名管道通信管道用于不同进程间通信。通常先创建一个管道，再通过fork函数创建一个子进程，该子进程会继承父进程创建的管道。注意事项：必须在系统调用fork（）前调用pipe（），否则子进程将不会继承文件描述符。否则，会创建两个管道，因为父子进程共享同一段代码段，都会各自调用pipe（），即建立两个管道，出现异常错误。1.fork()创建一个新进程。用法： intfork()其中返回int取值意义如下:0：创建子进程,从子进程返回的id值>0：从父进程返回的子进程id值-1：创建失败2.lockf()用作锁定文件的某些段或者整个文件。头文件:#include <unistd.h>参数定义:intlockf();int;longsize;其中:files是文件描述符；function是锁定和解锁；1表示锁定；0表示解锁；Size是锁定或解锁的字节数，若用0,表示从文件的当前位置到文件尾。3.read功能：从描述符为的文件读信息。用法：#include<unistd.h>ssize_t read(int,void*buff,size_tnbytes);返回：读到的字节数，若已到文件尾为0，若出错为-1。在UNIX/Linux可重定义为：int read(intfd,char*buff,unsignednbytes);4.write功能：向已打开的文件写数据。用法：#include<unistd.h>ssize_twrite(int,constvoid*buff,size_tnbytes);返回值：若成功为已写入的字节数；出错为-1。int write(intfd,char*buff,unsignednbytes);文件位置指针文件位置指针：每个打开文件都有一个与其相关联的“当前位移量”。是从文件开始处计算的字节数。通常，读、写操作都从当前文件位置处开始，并使位移量增加所读或写的字节数。按系统默认，当打开一个文件时，除非指定O_APPEND选择项，否则该位移量被设置为0，即指向文件的开始处。文件位置指针可以通过系统调用lseek来移动。#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<errno.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>/**程序入口**/intmain(){intpipe_fd[2];pid_tpid;charbuf_r[100];char*p_wbuf;intr_num;memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));//对较大的结构体或数组进行清零操作的一种最快方法/*创建管道*/if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipecreateerror\n");return-1;}/*创建子进程*/if((pid=fork())==0)//子进程执行序列{printf("\n");close(pipe_fd[1]);//子进程先关闭了管道的写端sleep(2);/*让父进程先运行，这样父进程先写子进程才有内容读*/if((r_num=read(pipe_fd[0],buf_r,100))>0){printf("%dnumbersreadfromthepipeis%s\n",r_num,buf_r);}close(pipe_fd[0]);exit(0);}elseif(pid>0)//父进程执行序列{close(pipe_fd[0]);//父进程先关闭了管道的读端if(write(pipe_fd[1],"Hello",5)!=-1)printf("parentwrite1Hello!\n");if(write(pipe_fd[1],"Pipe",5)!=-1)printf("parentwrite2Pipe!\n");close(pipe_fd[1]);waitpid(pid,NULL,0);/*等待子进程结束*/exit(0);}return0;}4.2命名管道通信

命名管道：命名管道和无名管道基本相同，但也有不同点：无名管道只能有父进程使用；但是通过命名管道，不相关的进程也能交换数据。1.创建用mkfifo或mknod创建一个命名管道。以mkfifo为例： #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> intmkfifo(constchar*fifo_name,mode_tmode); //成功返回0，否则为-12、使用 管道一经创建，就可向普通文件一样使用。可通过系统调用open,close,read,write,unlink等进行操作。FIFO读进程:#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<errno.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#defineFIFO"myfifo"/*程序入口*/intmain(intargc,char**argv){charbuf_r[100];intfd;intnread;printf("Preparingforreadingbytes...\n");memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));/*打开管道*/fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);if(fd==-1){perror("open");exit(1);}while(1){memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));if((nread=read(fd,buf_r,100))==-1){if(errno==EAGAIN)printf("nodatayet\n");}printf("read%sfromFIFO\n",buf_r);sleep(1);}/*后面三句话是不会被运行到的，但不会影响程序运行的效果当程序在上面的死循环中执行时收到信号后会马上结束运行而没有执行后面的三句话。*/close(fd);//关闭管道pause();//暂停，等待信号unlink(FIFO);//删除文件}FIFO写进程：#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<errno.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#defineFIFO_SERVER"myfifo"/**程序入口**/intmain(intargc,char**argv){intfd;charw_buf[100];intnwrite;/*创建有名管道*/if((mkfifo(FIFO_SERVER,O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR)<0)&&(errno!=EEXIST)){printf("cannotcreatefifoserver\n");}/*打开管道*/fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);if(fd==-1){perror("open");exit(1);}/*入参检测*/if(argc==1){printf("Pleasesendsomething\n");exit(-1);}strcpy(w_buf,argv[1]);/*向管道写入数据*/if((nwrite=write(fd,w_buf,100))==-1){if(errno==EAGAIN)printf("TheFIFOhasnotbeenreadyet.Pleasetrylater\n");}else{printf("write%stotheFIFO\n",w_buf);}close(fd);//关闭管道return0;}：调试与测试运行匿名管道通信以与运行命名管道通信读进程结果如下：打开另外一个终端，运行写进程结果如下：同时读进程结果发生变化如下：：设计中遇到的问题与解决方法1、由于课程涉与UNIX管道通信模式较少，刚开始做课程设计时感觉无从下手，后来通过看书以与上网查询相关资料有些头绪。2、对于虚拟机与主机的交互搞了好久但是最后结果不理想，也没搞成功，试了用ftp方式相互连接，以与通过VMwareTools也没有成功。后来，通过问学长和同学终于解决了。通过此事，我知道知识自己主动探索实践固然好，但学习他人已有的经验学的知识更多更快。3、对于C语言中open、write等函数掌握的并不好，这是由于长期不联系C语言所致，一门语言要想精通必须通过不断的联系才行。：源程序清单和执行结果与分析任务1:匿名管道通信#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<errno.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>/**程序入口**/intmain(){intpipe_fd[2];pid_tpid;charbuf_r[100];char*p_wbuf;intr_num;memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));/*创建管道*/if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipecreateerror\n");return-1;}/*创建子进程*/if((pid=fork())==0)//子进程执行序列{printf("\n");close(pipe_fd[1]);//子进程先关闭了管道的写端sleep(2);/*让父进程先运行，这样父进程先写子进程才有内容读*/if((r_num=read(pipe_fd[0],buf_r,100))>0){printf("%dnumbersreadfromthepipeis%s\n",r_num,buf_r);}close(pipe_fd[0]);exit(0);}elseif(pid>0)//父进程执行序列{close(pipe_fd[0]);//父进程先关闭了管道的读端if(write(pipe_fd[1],"Hello",5)!=-1)printf("parentwrite1Hello!\n");if(write(pipe_fd[1],"Pipe",5)!=-1)printf("parentwrite2Pipe!\n");close(pipe_fd[1]);waitpid(pid,NULL,0);/*等待子进程结束*/exit(0);}return0;}任务2：命名管道通信FIFO读进程:#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<errno.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#defineFIFO"/tmp/myfifo"/*程序入口*/intmain(intargc,char**argv){charbuf_r[100];intfd;intnread;printf("Preparingforreadingbytes...\n");memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));/*打开管道*/fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);if(fd==-1){perror("open");exit(1);}while(1){memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));if((nread=read(fd,buf_r,100))==-1){if(errno==EAGAIN)printf("nodatayet\n");}printf("read%sfromFIFO\n",buf_r);sleep(1);}/*后面三句话是不会被运行到的，但不会影响程序运行的效果当程序在上面的死循环中执行时收到信号后会马上结束运行而没有执行后面的三句话。*/close(fd);//关闭管道pause();//暂停，等待信号unlink(FIFO);//删除文件}FIFO写进程：#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<errno.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#defineFIFO_SERVER"/tmp/myfifo"/**程序入口**/intmain(intargc,char**argv){intfd;charw_buf[100];intnwrite;/*创建有名管道*/if((mkfifo(FIFO_SERVER,O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR)<0)&&(errno!=EEXIST)){printf("cannotcreatefifoserver\n");}/*打开管道*/fd=op