东北大学 操作系统实验四报告

操作系统实验报告
班级物联网1302班
学号
姓名
实验4 进程的管道通信
1. 实验目的
1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2）进一步认识并发执行的实质。

3）分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。

4）学习解决进程同步的方法。

5）了解Linux系统中进程通信的基本原理。

进程是操作系统中最重要的概念，贯穿始终，也是学习现代操作系统的关键。

通过本次实验，要求理解进程的实质和进程管理的机制。

在Linux系统下实现进程从创建到终止的全过程，从中体会进程的创建过程、父进程和子进程之间的关系、进程状态的变化、进程之间的互斥、同步机制、进程调度的原理和以管道为代表的进程间的通信方式的实现。

2. 内容及要求：
这是一个设计型实验，要求自行编制程序。

使用系统调用pipe()建立一条管道，两个子进程分别向管道写一句话：
Child process1 is sending a message!
Child process2 is sending a message!
父进程从管道读出来自两个子进程的信息，显示在屏幕上。

要求：
1）父进程先接收子进程1发来的消息，然后再接收子进程2发来的消息。

2）实现管道的互斥使用,当一个子进程正在对管道进行写操作时，另一子进程必须等待。

使用系统调用lockf(fd[1],1,0)实现对管道的加锁操作，用lockf(fd[1],0,0)解除对管道的锁定。

3）实现父子进程的同步，当子进程把数据写入管道后，便去睡眠等待；当父进程试图从一空管道中读取数据时，也应等待，直到子进程将数据写入管道后，才将其唤醒。

3．相关的系统调用
1） fork() 用于创一个子进程。

格式：int fork();
返回值：在子进程中返回0；在父进程中返回所创建的子进程的ID值；当返回-1时，创建失败。

2） wait() 常用来控制父进程与子进程的同步。

在父进程中调用wait()，则父进程被阻塞，进入等待队列，等待子进程结束。

当子进程结束时，父进程从wait()返回继续执行原来的程序。

返回值：大于0时，为子进程的ID值；等于-1时，调用失败。

3） exit() 是进程结束时最常调用的。

格式：void exit( int status); 其中，status为进程结束状态。

4） pipe() 用于创建一个管道
格式：pipe(int fd);
其中fd是一个由两个数组元素fd[0]和fd[1]组成的整型数组，fd[0]是管道的读端口，用于从管道读出数据，fd[1] 是管道的写端口，用于向管道写入数据。

返回值：0 调用成功；-1 调用失败。

5） sleep() 调用进程睡眠若干时间，之后唤醒。

格式：sleep(int t); 其中t为睡眠时间。

6） lockf() 用于对互斥资源加锁和解锁。

在本实验中，该调用的格式为：lockf(fd[1],1,0)；/* 表示对管道的写入端口加锁。

lockf(fd[1],0,0)；/* 表示对管道的写入端口解锁。

7） write(fd[1],String,Length) 将字符串String的内容写入管道的写入口。

8） read(fd[0],String,Length) 从管道的读入口读出信息放入字符串String 中。

4.程序流程
父进程：
1）创建管道；
2）创建子进程1；
3）创建子进程2；
4）等待从管道中读出子进程1写入的数据，并显示在屏幕上；
5）等待从管道中读出子进程2写入的数据，并显示在屏幕上；
6）退出。

子进程：
1）将管道的写入口加锁；
2）将信息“Child process n is sending message!”输入到变量OutPipe中，n=1，2；
3）将OutPipe中信息写入管道；
4）睡眠等待；
5）将管道的写入口解锁；
6）退出。

5．预习报告要求：
1）题目，目的，要求
2）初步的程序流程图
3）初步的程序源代码、文档注释及必要的文字说明
4）预期的程序运行结果
6．实验报告要求：
1）题目，目的，内容，要求
2）程序流程图
3）程序源代码、文档注释及文字说明
4）运行结果及其说明
5）回答以下问题：
①指出父进程与两个子进程并发执行的顺序，并说明原因。

②若不对管道加以互斥控制，会有什么后果？
③说明你是如何实现父子进程之间的同步的。

7.流程图
开始
初始化
创建管道
创建子进程1创建子进程2创建子进程3
锁定管道写入端
fd[1]锁定管道写入端
fd[1]
锁定管道写入端
fd[1]
向写入端写入数据向写入端写入数据向写入端写入数据
解除写入端fd[1]锁
定解除写入端fd[1]锁
定
解除写入端fd[1]锁
定
从管道读入端读出
消息
依次终止子进程
1,2,3
结束
等待父进程从管道读取消息等待父进程从管道
读取消息
等待父进程从管道
读取消息
8.源程序
#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <error.h>
#include <wait.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t pid1,pid2,pid3; int fd[2];
char buf[100];
pipe(fd);
pid1=fork();
if(pid1 == 0)
{
pid2=fork(); if(pid2 == 0) {
pid3 = fork();
if(pid3 == 0)
{
lockf(1,1,0);
write(fd[1],"come from process3\n",50);
//cout<<"process3"<<endl;
lockf(0,1,0);
exit(0);
}
else
{
int status;
wait(&status);
read(fd[0],buf,100);
printf("%s",buf);
write(fd[1],"come from process2\n",50);
}
exit(0);
}
else
{
int status;
wait(&status);
read(fd[0],buf,100);
printf("%s",buf);
write(fd[1],"come from process1\n",50); exit(0);
}
}
else
{
int status;
wait(&status);
read(fd[0],buf,100);
printf("%s",buf);
}
return 0;
}
八．程序运行结果。