管道通信-操作系统实验报告.doc

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河南师范大学计算机与信息技术学院
计算机与信息技术学院综合性、设计性实验报告

专业：计算机科学与技术 年级/班级：08级计科一班 2010—2011学年第一学期
课程名称
计算机操作系统
指导教师

本组成员
学号姓名

实验地点
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计算机与信息技术学院综合性、设计性实验报告

专业：计算机科学与技术 年级/班级：08级计科一班 2010—2011学年第一学期
课程名称
计算机操作系统
指导教师

本组成员
学号姓名

实验地点
计算机学院过街天桥机房C区
实验时间
2010.11.7
2010．11.14
项目名称
管道通信
实验类型
综合性

一、 实验目的
1、了解什么是管道
2、熟悉UNIX/LINUX支持的管道通信方式
二、 实验仪器或设备
已安装linux系统的计算机一台
三、 总体设计（设计原理、设计方案及流程等）
设计原理：
1、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。它能够连接一个写进程和一个读进程、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。
2、建立一无名管道：pipe()
系统调用格式：pipe(pipeID)
参数定义 ： int pipe(pipeID);
int pipeID [2];
其中，文件描述符pipeID [1]是写入端，文件描述符pipeID [0]是读出端。
该函数使用头文件如下：
#include <unistd.h>
#inlcude <signal.h>
#include <stdio.h>
2、从管道读数据：read( )
系统调用格式： read(fd,buf,nbyte)
功能：从fd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。
参数定义： int read(fd,buf,nbyte);
int fd;
char *buf;
unsigned nbyte;
3、从管道写入数据：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所指向的文件中。如文件加锁，暂停写入，直至开锁。
参数定义同read( )。
4、文件锁定：lockf()
参数定义： int lockf(files,function,size)
int files,function;
long size;
其中，files是文件描述符；function是锁定和解锁，1表示锁定，0表示解锁；size是锁定或解锁的字节数，若用0，表示从文件的当前位置到文件尾。

设计方案：
1、 使用fork()创建两个子进程pid1和pid2
2、 使用pipe()创建一个无名管道fd，fd[0]为读出端，fd[1]为写入端
3、 定义两个缓冲区OutPipe[100]和InPipe[100]
4、 使用read()和write()进行管道的读和写，利用lockf()实现对管道的只读或只写
5、 使用sleep()来调整锁定的时间
流程：

四、 实验步骤（包括主要步骤、代码分析等）

#include <stdio.h>
int pid1, pid2; //定义两个进程变量
int main( )
{
int fd[2]; //fd[1]为写入端，fd[0]为读出端
char OutPipe[100],InPipe[100];
pipe(fd); //创建管道
while((pid1 = fork()) == -1); //创建进程pid1，如果不成功，则空循环
if(pid1 == 0)
{
printf("\nChild1\n");
lockf(fd[1], 1, 0); //将写入端锁定
sprintf(OutPipe, "\n Child process 1 is sending message!\n");
//给OutPipe赋值
write(fd[1], OutPipe, 50); //将50字节的数据从OutPipe所指向的缓冲区写入管道端口fd[1]
sleep(5);//等待读进程读出数据
lockf(fd[1], 0, 0); //将写入端解锁
exit(0);//结束进程pid1
}
else
{
while((pid2 = fork()) == -1);
if(pid2 == 0) //创建子进程pid2
{
printf("\nChild2\n");
lockf(fd[1], 1, 0);
sprintf(OutPipe, "\n Child process 2 is sending message!\n");
write(fd[1], OutPipe, 50);
sleep(5);
lockf(fd[1], 0, 0);
exit(0);
}
else
{
printf("\nFather1\n");
wait(0);//等待子进程1结束
read(fd[0], InPipe, 50); //从fd[0]端口读出50字节的数据送到inpipe指向的缓冲区
printf("%s\n", InPipe); //显示读出的数据

printf("\nFather2\n");
wait(0);//等待子进程2结束
read(fd[0], InPipe, 50);
printf("%s\n", InPipe);
exit(0);//父进程结束
}
}
return 0;
}

五、 结果分析与总结
运行结果：
Child process 1 is sending message!
Child process 2 is sending message!
实验总结：通过本次实验，使我对管道有了一个更深层的了解，加深了我对管道的概念。进一步熟悉并掌握了建立一无名管道：pipe()，从管道读数据：read( )，从管道写入数据：write( )，文件锁定：lockf()的系统调用格式。为了协调双方的通信，了解了管道通信机制必须提供以下3方面的协调能力：1、互斥。当一个进程正在对pipe进程读/写操作时，另一进程必须等待，程序中使用lock(fd[1],1,0)函数实现对管道的加锁操作，用lock(fd[1],0,0)解除管道的锁定。2、同步。当写进程把一定数量的数据写入pipe后，便去睡眠等待，直到读进程取走数据后，再把它唤醒。当读进程试图从一空管道中读取数据时，也应睡眠等待，直至写进程将数据写入管道后，才将其唤醒。3、判断对方是否存在。只有确定写进程和读进程都存在的情况下，才能通过管道进行通信。此外也加强了我的实际动手操作能力。

教师签名：

年 月 日
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河南师范大学计算机与信息技术学院
计算机与信息技术学院综合性、设计性实验报告

专业：计算机科学与技术 年级/班级：08级计科一班 2010—2011学年第一学期
课程名称
计算机操作系统
指导教师

本组成员
学号姓名

实验地点
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