作业必备：操作系统实验五【管道通信】 |
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作业必备：操作系统实验五【管道通信】
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🌸小白白系列第五弹~🌸
*写在前面🌟：Hi~everybody😄 本失踪人口回归，最近一直在忙各种考试👻，实在分身乏术😣，又不想水文章，想一直坚持写高质量好文💪，故而今日考试一结束，我就来更新了🙌！嘿嘿，希望大家喜欢哦😉 ** 🌻🌻🌻按照惯例，在实验前，我们需要先了解一些基本知识~ ** 🍀【实验资料】： 🌻一、小白发问：什么是管道呢🤓?🌷🌷🌷所谓管道，是指能够连接一个写进程和一个读进程的、并允许它们以生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件，又称为pipe文件。由写进程从管道的写入端（句柄1）将数据写入管道，而读进程则从管道的读出端（句柄0）读出数据。 **不懂的，懒的读的，直接看下图🐷**~ ****🍁1．有名管道 **** 一个可以在文件系统中长期存在的、具有路径名的文件。用系统调用mknod( )建立。它克服无名管道使用上的局限性，可让更多的进程也能利用管道进行通信。因而其它进程可以知道它的存在，并能利用路径名来访问该文件。对有名管道的访问方式与访问其他文件一样，需先用open( )打开。 ****🍁2．无名管道 **** 一个临时文件。利用pipe( )建立起来的无名文件（无路径名）。只用该系统调用所返回的文件描述符来标识该文件，故只有调用pipe( )的进程及其子孙进程才能识别此文件描述符，才能利用该文件（管道）进行通信。当这些进程不再使用此管道时，核心收回其索引结点。二种管道的读写方式是相同的，本次实验使用无名管道。 🌻三、实验涉及的系统调用👀🍁1．pipe( )创建无名管道 **** 建立一无名管道。 系统调用格式 pipe(filedes) 参数定义 int pipe(filedes); int filedes[2]; 其中，filedes[1]是写入端，filedes[0]是读出端。 该函数使用头文件如下： #include #inlcude #include 🍁2．lockf 文件锁 *** lockf()函数允许将文件区域用作信号量（监视锁），或用于控制对锁定进程的访问（强制模式记录锁定）。试图访问已锁定资源的其他进程将返回错误或进入休眠状态，直到资源解除锁定为止。当关闭文件时，将释放进程的所有锁定，即使进程仍然有打开的文件。当进程终止时，将释放进程保留的所有锁定。 头文件： #include 详见实验四的必读材料~ 🍁3．read( ) *** 系统调用格式 read( fd ,buf ,nbyte ) 功能：从fd（一般是fd[0]）所指示的文件中读出nbyte个字节的数据，并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。如该文件被加锁，等待，直到锁打开为止。 🍁4．write( ) *** 系统调用格式 write(fd,buf,nbyte) 功能：把nbyte 个字节的数据，从buf所指向的缓冲区写到由fd（一般是fd[1]）所指向的文件中。如文件加锁，暂停写入，直至开锁。 ————————————————————————— ***提示***：以下是本篇文章正文内容，下面我们将会通过三个例子学习管道通信，本文案例可供参考(直接ctrl+C/V到作业嘿嘿~🌝🌝)*** ☀正文：🌙🌝 🍀【实验目的】：🍂1．了解管道的概念。 🍂2．掌握Linux支持的管道通信方式。 🍀【实验内容】： 🌹🌹🌹一、 编写一段程序，实现进程的管道通信：使用pipe()建立一个管道。子进程p1向管道写一句话： Child process is sending message! 而父进程则从管道中读取来自于子进程的信息，显示在屏幕上。 1、参考代码：🌛 #include #include # include # include # include #include #include int pid1; //存储子进程的PID号； int main() { int fd[2]; //打开文件的文件描述符 char OutPipe[100],InPipe[100];//存储要写入管道的字符串 pipe(fd); //创建无名管道 while((pid1 = fork()) == -1);//先pipe再fork,创建了2个管道 if(pid1 == 0) { sprintf(OutPipe,"Child process is sending message!");//将字符串存储outpipe里 write(fd[1],OutPipe,50);//将50个字节的数据从outpipe写入到fd[1]端 sleep(1); //休眠1秒,防止读写冲突 exit(0);//安全及时的退出 } else //父进程 { wait(0); //等待子进程 read(fd[0],InPipe,50);//将50个字节的数据从fd[0]中读出到inpipe里 printf("%s\n",InPipe); //打印inpipe内字符串 } return 0; }2、运行结果：🌜 yzy@yzy-virtual-machine:~/new$ ./aa.out Child process is sending message!**3、分析结果：**⭐⭐⭐ (1)过程:使用pipe函数创建一个管道，让子进程向管道中写入一句话：Child process is sending message!”而父进程从管道中读出这句话，并显示在屏幕上。 (2)解释sprintf函数作用: 打印到字符串中（要注意字符串的长度要足够容纳打印的内容，否则会出现内存溢出），而printf函数打印输出到屏幕上。sprintf函数在我们完成其他数据类型转换成字符串类型的操作中应用广泛。** 🌹🌹🌹二、编写一段程序，实现父子进程间的管道通信。使用pipe()建立一条管道线。两个子进程p1和p2分别向管道各写一句话： Child 1 is sending message! Child 2 is sending message! 而父进程则从管道中分别读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。 1、参考代码：🌛🐟🐟🌜🌛🌝 # include # include # include # include #include #include int pid1,pid2; //存储两个子进程的PID号； int main() { int fd[2]; //打开文件的文件描述符 char OutPipe[100],InPipe[100]; //存储要写入管道的字符串 pipe(fd);//创建无名管道 while((pid1=fork())==-1); //用fork函数创建子进程 if(pid1==0){ //子进程1号 lockf(fd[1],1,0); //上锁，为了两个子进程之间的互斥 sprintf(OutPipe,"Child process 2 is sending a message!"); //存储字符串 write(fd[1],OutPipe,50);//将字符串写入管道 sleep(1); //休眠1秒，防止写冲突 lockf(fd[1],0,0); //解锁，与上锁成对使用 exit(0);//安全退出 } else{ while((pid2=fork())==-1); //子进程2号，同上 if(pid2==0){ lockf(fd[1],1,0); sprintf(OutPipe,"Child process 1 is sending a message!"); write(fd[1],OutPipe,50); sleep(1); lockf(fd[1],0,0); exit(0);} else{ //父进程 read(fd[0],InPipe,50); //将字符串1从管道中读出到inpipe printf("%s\n",InPipe); //打印inpipe内数据 wait(0); //等待子进程 read(fd[0],InPipe,50); //将字符串2从管道中读出到inpipe printf("%s\n",InPipe); exit(0); } } return 0; }2、运行结果：🌜🌜🌛🐠🐠 yzy@yzy-virtual-machine:~/new$ ./2a.out Child process 2 is sending a message! Child process 1 is sending a message!**3、分析结果：**⭐⭐⭐⭐ 根据阅读材料： 读/写进程互斥，为使读、写进程互斥地访问pipe文件，需使各进程互斥地访问pipe文件索引结点中的直接地址项。因此，每次进程在访问pipe文件前，都需检查该索引文件是否已被上锁。若是，进程便睡眠等待，否则，将其上锁，进行读/写。操作结束后解锁，并唤醒因该索引结点上锁而睡眠的进程。根据上述材料，编写代码，先打出一个父进程，两个子进程，一条管道线的框架。再加上互斥锁，sleep函数，wait函数等，防止两个子进程互斥。 🌹🌹🌹三、编写一段程序，实现：在父进程中用pipe()建立一条管道，往管道里写入两句话（字符串），两个子进程分别接收来自父进程写入的两句话并打印输出。****1、参考代码：**🌛🌛🌛🌛🌛 # include # include # include # include #include #include int pid1,pid2; //存储两个子进程的PID号； int main() { int fd[2]; //打开文件的文件描述符 char OutPipe[100],InPipe[100]; //存储要写入管道的字符串 pipe(fd); //创建无名管道 while((pid1=fork())==-1); //用fork函数创建子进程 if(pid1==0){ //子进程1号 read(fd[0],InPipe,50); //将字符串1从管道中读出到inpipe printf("%s\n",InPipe); //打印inpipe内数据 } else{ while((pid2=fork())==-1); //子进程2号，同上 if(pid2==0){ read(fd[0],InPipe,50); //将字符串2从管道中读出到inpipe printf("%s\n",InPipe); exit(0);} else{ //父进程 lockf(fd[1],1,0); //上锁，为了两个子进程之间的互斥 sprintf(OutPipe,"Child process 2 is reading a message from pipe!"); //存储字符串 write(fd[1],OutPipe,50);//将字符串2写入管道 sleep(1); //休眠1秒，防止写冲突 lockf(fd[1],0,0); //解锁，与上锁成对使用 wait(0); lockf(fd[1],1,0); //同上 sprintf(OutPipe,"Child process 1 is reading a message from pipe!"); write(fd[1],OutPipe,50); //将字符串1写入管道 sleep(1); lockf(fd[1],0,0); exit(0); } } return 0;}2、运行结果： **🌜🌛🌜🌜🌜 y@yzy-virtual-machine:~/new$ ./3a.out Child process 2 is reading a message from pipe! Child process 1 is reading a message from pipe!**3、分析结果：****⭐⭐⭐⭐⭐ 本题与上题不同，是由父进程写入管道，子进程读出内容，这是一种单向通信。 代码编写思路： 第一步-创建管道。 第二步-创建子进程。 第三步-父进程写入管道。 第四步-子进程从管道中读取信息并写入标准输出。 第五步-再一次重复第三步和第四步。 🍀【实验感想】： **1、🌟⭐管道通信的特点：**⭐🌟（1）管道是半双工的，先进先出的，它把一个进程的输出和另一个进程的输入连接在一起 （2）一个进程（写进程）在管道的尾部写入数据，另一个进程（读进程）从管道的头部读出数据 **2、🌟⭐无名管道作用：**🌟⭐用于父子进程之间的通信。创建管道——读管道——写管道——关闭管道。管道用于不同进程间的通信，通常先创建一个管道，在通过fork函数创建一个子进程，该子进程会继承父进程所创建的管道。 ***喜欢的朋友可以留下你的赞哦~*** |
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