操作系统实验三进程的管道通信(1).docx

【操作系统实验：进程的管道通信】 本实验旨在深入理解操作系统中的进程概念，特别是进程间通信的方式，特别是通过管道实现的数据交换。实验的核心是利用Linux系统提供的API，如`fork()`、`pipe()`、`wait()`、`exit()`、`lockf()`、`write()`和`read()`等，来创建并发执行的进程，并确保管道的互斥访问和父子进程的同步。 **一、实验目标** 1. **理解进程和程序的区别**：进程是程序的动态执行实例，包含了程序的上下文信息，而程序是静态的代码集合。 2. **掌握进程创建**：通过`fork()`系统调用创建子进程，理解并发执行的本质。 3. **学习进程资源竞争与互斥**：通过`lockf()`实现对管道的加锁，避免多个进程同时写入管道。 4. **学习进程同步**：使用`wait()`使父进程等待子进程完成后再继续执行，避免从空管道读取数据。 5. **管道通信实践**：使用`pipe()`创建管道，子进程向管道写入信息，父进程从管道读取并显示。 **二、实验内容及要求** 1. **创建管道**：使用`pipe()`创建管道，定义读端`fd[0]`和写端`fd[1]`。 2. **子进程并发写入**：两个子进程(`p1`和`p2`)各自向管道写入特定信息，使用`lockf()`加锁避免同时写入。 3. **父进程顺序读取**：父进程先读取`p1`的信息，再读取`p2`的信息。 4. **进程同步**：父进程在读取前使用`wait()`等待，确保数据已写入管道。 5. **睡眠和唤醒**：使用`sleep()`让子进程短暂休眠，增加并发执行效果。 **三、相关系统调用** - **`fork()`**：创建子进程，返回值在父进程和子进程中不同，表示子进程ID或0。 - **`wait()`**：父进程调用以等待子进程结束，返回子进程ID。 - **`exit()`**：进程结束时调用，传入状态码。 - **`pipe()`**：创建管道，返回两个文件描述符，分别对应读端和写端。 - **`sleep()`**：使进程睡眠指定秒数。 - **`lockf()`**：对文件描述符加锁或解锁，控制互斥访问。 - **`write()`**：将数据写入文件描述符，如管道的写端。 - **`read()`**：从文件描述符读取数据，如管道的读端。 **四、程序流程** 1. 创建管道。 2. 父进程调用`fork()`创建子进程`p1`。 3. `p1`加锁写入管道，解锁，然后退出。 4. 父进程创建`p2`，同样进行写入操作。 5. 父进程使用`wait()`等待子进程结束，然后从管道读取信息并显示。 **五、源代码** 源代码包含头文件，定义主函数`main()`，在其中创建子进程，设置管道，执行加锁、解锁、写入、读取等操作。 通过这个实验，学生可以深入理解操作系统中的进程管理和通信机制，提高编程和问题解决能力。