操作系统-进程的管道通信--实验报告.doc

### 操作系统中的进程管道通信知识点详解 #### 一、管道通信概述 **管道(pipe)**是一种用于连接两个进程的通信机制，通常用于父子进程之间。它允许一个进程（称为生产者）将数据写入管道的一端，而另一个进程（称为消费者）可以从管道的另一端读取这些数据。 #### 二、实验目的 1. **理解管道的基本概念**：学习管道是什么，它是如何工作的。 2. **熟悉UNIX/Linux下的管道通信**：掌握在UNIX和Linux环境下如何使用管道进行进程间通信。 3. **实践管道通信**：通过编程实践，了解如何利用管道实现进程间的通信。 4. **了解lockf的作用**：学习`lockf`函数如何实现文件锁定，以及它在管道通信中的应用。 5. **验证互斥性**：通过实验验证在没有额外同步机制的情况下，管道自身是否能够提供足够的互斥保护。 #### 三、实验内容与步骤 1. **创建管道**：使用`pipe()`系统调用来创建一个管道。该函数创建一对特殊的文件描述符，其中一个用于写操作，另一个用于读操作。 2. **创建子进程**：使用`fork()`函数创建两个子进程（P1和P2）。每个子进程都会向管道写入一条消息。 3. **实现循环读写**： - 子进程P1使用`write()`函数向管道写入信息：“Child P1 is sending a message!”。 - 子进程P2也向管道写入信息：“Child P2 is sending a message!”。 - 父进程使用`read()`函数从管道中读取信息，并显示出来。 - 通过循环5次读写操作来验证管道的可靠性和稳定性。 4. **使用lockf进行锁定**：为了防止多个进程同时访问管道导致的数据混乱，可以使用`lockf()`函数为管道加锁。例如，在写入数据之前调用`lockf(fd[1], F_LOCK, 0)`，写入完成后调用`lockf(fd[1], F_ULOCK, 0)`解锁。 5. **验证互斥性**：通过观察输出结果，判断在没有显式同步的情况下，管道自身是否能够保证互斥访问。 #### 四、示例代码分析 以下是一段示例代码的关键部分： ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> int main() { int fd[2]; char OutPipe[100], InPipe[100]; // 创建管道 pipe(fd); // 创建第一个子进程 pid_t pid1 = fork(); if (pid1 == 0) { // 子进程1 printf("\nChild1\n"); // 对管道写端加锁 lockf(fd[1], F_LOCK, 0); for (int i = 0; i < 5; i++) { sprintf(OutPipe, "\nChild process %d is sending message!\n", i); write(fd[1], OutPipe, strlen(OutPipe)); sleep(5); } // 解锁 lockf(fd[1], F_ULOCK, 0); exit(0); } // 创建第二个子进程 pid_t pid2 = fork(); if (pid2 == 0) { // 子进程2 printf("\nChild2\n"); // 同样对管道写端加锁 lockf(fd[1], F_LOCK, 0); for (int i = 0; i < 5; i++) { sprintf(InPipe, "\nChild process %d is sending message!\n", i); write(fd[1], InPipe, strlen(InPipe)); sleep(5); } // 解锁 lockf(fd[1], F_ULOCK, 0); exit(0); } // 父进程读取管道中的信息 while (1) { read(fd[0], InPipe, 100); printf("%s", InPipe); } return 0; } ``` #### 五、总结 本实验旨在通过具体的编程实践帮助学生深入理解操作系统中进程间的管道通信机制。通过创建子进程、使用管道进行通信以及加锁解锁等操作，学生可以更加直观地理解管道的工作原理及其在实际场景中的应用。此外，通过实验验证管道自身的互斥性，有助于加深对进程间通信安全性的认识。