操作系统报告（管道通信）

编制一个程序：实现进程的管道通信，使用系统调用pipe( )建立一条管道。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! 父进程则从管道中读出来自于两个进程的信息，显示在屏幕上。发送进程利用文件系统调用write（fd[1],buf,size）；把buf中的长度为size字符的消息送入管道入口fd[1],接收进程则使用read(fd[0],buf,size)从管道出口fd[0]读出size字符的消息置入buf中。这里，管道按fifo方式传送消息，且只能单向传递。 操作系统报告——管道通信 管道通信是操作系统中一种进程间通信（IPC, Inter-Process Communication）的方式，尤其在Linux系统中广泛使用。它允许进程之间共享数据流，通过一个临时的、匿名的管道来传递信息。在本实验中，我们将探讨如何使用系统调用pipe()创建管道，以及如何通过fork()创建子进程，实现父子进程之间的通信。 **实验目的** 1. **理解Linux系统中的管道通信机制**：管道是一种半双工通信方式，数据只能单向流动，具有先进先出（FIFO）的特性。 2. **学习并运用fork()系统调用**：创建新的进程子进程，使得多个进程能够并发执行。 3. **实践管道pipe()通信**：利用管道将数据从一个进程传递到另一个进程，实现父子进程间的信息交换。 **实验内容** 在实验中，我们创建两个子进程p1和p2，它们分别向管道写入不同的信息：“Child 1 is sending message!” 和 “Child 2 is sending message!”。父进程则负责从管道中读取这两个子进程发送的信息，并将其打印在屏幕上。实现这一功能的关键在于正确使用write()和read()系统调用。write()用于将消息写入管道的写端（fd[1]），而read()用于从管道的读端（fd[0]）读取消息。 **设计思想** 1. **程序框架** - 首先创建管道。 - 然后，父进程通过fork()创建子进程p1，将“Child 1 is sending message!”写入管道。 - 接着，再创建子进程p2，将“Child 2 is sending message!”写入管道。 - 父进程从管道读取数据并打印。 **文件系统调用函数** 1. **fork()**：创建新进程，返回值为0表示子进程，大于0表示父进程，-1表示创建失败。 2. **pipe(fd)**：创建一个管道，返回一个包含两个文件描述符的数组，fd[0]用于读，fd[1]用于写。 3. **write(fd, buf, byte)**：将buf中的数据写入文件描述符fd指定的位置，byte是写入的字节数。 4. **read(fd, buf, byte)**：从文件描述符fd读取数据到buf，byte是期望读取的字节数。 5. **lockf(fd, function, byte)**：通过锁机制保证对管道的互斥访问，function为1表示锁定，0表示解锁，byte指定锁定的字节数。 **主要算法描述** - 子进程p1和p2分别利用lockf()锁定管道写端，将各自的消息写入管道，写完后释放锁并退出。 - 父进程等待子进程完成，然后从管道读取数据，打印并退出。 **内核实现** 管道的实现位于Linux内核源码fs/pipe.c中。核心函数包括pipe_read()和pipe_write()，它们分别处理读写操作。写入数据时，内核会检查管道内存是否足够，如果不足，写入进程会被置于等待队列，直到有空间可用。读取数据时，内核会将内存中的数据复制到用户空间。整个过程通过锁、等待队列和信号进行同步和调度。 通过这个实验，我们可以深入理解管道通信的工作原理及其在操作系统中的应用，这对于开发涉及多进程通信的程序具有重要意义。同时，熟悉这些系统调用和内核机制对于成为一名优秀的IT专业人员至关重要。