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）可以从另一端读取这些数据。 #### 二、实验目的 1. **理解管道的概念**：通过实验掌握管道的基本概念，包括它是如何工作的以及在哪些场景下可以使用。 2. **熟悉UNIX/Linux环境下的管道通信方式**：了解在UNIX或Linux系统中如何创建和使用管道进行进程间通信。 3. **掌握利用管道进行进程间通信的方法**：通过编程实践学会如何通过管道进行进程间的通信。 4. **验证lockf函数的加锁解锁功能**：学习如何使用lockf函数来同步管道的读写操作，确保数据的一致性和完整性。 5. **验证读写进程本身的互斥性**：确认在没有额外同步措施的情况下，多个进程通过管道进行读写操作是否会引发数据混乱。 #### 三、实验内容与步骤 ##### 编程实现： 1. **创建管道**：使用`pipe()`系统调用来创建一个管道。这将创建一对文件描述符，一个用于写入，另一个用于读取。 2. **创建子进程**：使用`fork()`创建两个子进程P1和P2。 3. **子进程P1和P2向管道写入数据**： - 子进程P1：通过管道写入消息“Child P1 is sending a message!”。 - 子进程P2：通过管道写入消息“Child P2 is sending a message!”。 4. **父进程读取管道数据**： - 父进程从管道中读取子进程写入的数据，并按照P1先于P2的顺序显示。 5. **循环读写**：实现循环5次的读写操作，每次循环之间延迟5秒。 6. **使用lockf进行同步**： - 使用`lockf(fd[1], 1, 0)`锁定管道的写端，确保写操作的原子性。 - 使用`lockf(fd[1], 0, 0)`解锁管道的写端。 ##### 代码示例分析： ```c #include <stdio.h> int pid1, pid2, i=0; int main( ){ int fd[2]; char OutPipe[100], InPipe[100]; pipe(fd); while((pid1 = fork()) == -1); if(pid1 == 0){ // 子进程P1 printf("\nChild1\n"); lockf(fd[1], 1, 0); // 锁定写端 for(i=0;i<5;i++){ sprintf(OutPipe, "\n Child process %d is sending message!\n",i); write(fd[1], OutPipe, 50); sleep(5); } lockf(fd[1], 0, 0); // 解锁写端 exit(0); }else{ while((pid2 = fork()) == -1); if(pid2 == 0){ // 子进程P2 printf("\nChild2\n"); lockf(fd[1], 1, 0); // 锁定写端 for(i=0;i<5;i++){ sprintf(InPipe, "\n Child process %d is sending message!\n",i); write(fd[1], InPipe, 50); sleep(5); } lockf(fd[1], 0, 0); // 解锁写端 exit(0); }else{ // 父进程 for(i=0;i<5;i++){ read(fd[0], InPipe, 100); printf("%s", InPipe); } wait(NULL); wait(NULL); } } } ``` #### 四、总结 通过本实验的学习，我们可以深入理解操作系统中进程之间的管道通信机制。不仅学会了如何使用C语言编程实现管道通信，还掌握了如何通过`lockf`函数实现对管道读写操作的同步控制。这对于理解和设计复杂的进程间通信系统具有重要的意义。此外，实验中通过循环读写的方式验证了管道通信的有效性和可靠性，进一步加深了对管道通信机制的理解。