实验四进程的管道通信

实验四：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)学习进程创建的过程，进一步认识进程并发执行的实质。

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)掌握Linux系统中进程间通过管道通信的具体实现。

2.实验内容
使用系统调用pipe()建立一条管道，系统调用fork()分别创建两个子进程，它们分别向管道写一句话，如：
Child process1 is sending a message!
Child process2 is sending a message!
父进程分别从管道读出来自两个子进程的信息，显示在屏幕上。

3.实验要求
这是一个设计型实验，要求自行、独立编制程序。

两个子进程要并发执行。

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，另一个欲写入管道的子进程必须等待。

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。

实现父子进程的同步，当父进程试图从一空管道中读取数据时，便进入等待状态，直到子进程将数据写入管道返回后，才将其唤醒。

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。

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。

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。

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。

sleep() 使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。

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。

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

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

4.程序流程图
注：由于操作系统进程调度算法的缘故，各子进程被操作系统调用执行的先后顺序并不一定是按照创建顺序，因此如果直接创建子进程向管道内写数据并通过主进程读出打印到屏幕的话，可能输出顺序不是1,2,3。

为了解决此问题，在子进程向管道内写数据前，先令其睡眠一段时间，sleep(ni), 其中ni随着i的增大而增大，这样可以保证管道中数据的写入顺序一定是先创建的进程先写入，保证最后打印输出的顺序是1,2,3。

5.数据结构及说明
本程序没有什么特别的数据结构。

int pid1,pid2,pid3;//子进程号
int fd[2];//管道端口，fd[0]是读端口，fd[1]是写端口
char inpipe[100];//读入缓冲，存储从管道中读入的数据
char outpipe[100];//输出缓冲，存储准备向管道输出的数据
6.源程序。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <string>
using namespace std;
int pid1,pid2,pid3;
void process(){
int fd[2];
char inpipe[100];
char outpipe[100];
pipe(fd);
pid1=fork();//Create child process1
if(pid1==-1){//create failed
cout<<"Fork Failure!"<<endl;
}
else if(pid1==0){//child process1 is running
sprintf(outpipe,"Child process 1 is sending message!");
lockf(fd[1],1,0);
write(fd[1],outpipe,100);//cp1 write message in pipe
sleep(2);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else{
pid2=fork();//Create child process2
if(pid2==-1){//create failed
cout<<"Fork Failure!"<<endl;
}
else if(pid2==0){//child process2 is running
sleep(1);
sprintf(outpipe,"Child process 2 is sending message!");
lockf(fd[1],1,0);
write(fd[1],outpipe,100);//cp2 write message in pipe
sleep(1);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else{
pid3=fork();//create child process3
if(pid3==-1){//failed
cout<<"Fork Failure!"<<endl;
}
else if(pid3==0){//cp3 is running
sleep(2);
sprintf(outpipe,"Child process 3 is sending message!");
lockf(fd[1],1,0);
write(fd[1],outpipe,100);//cp3 write in pipe
sleep(1);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else{//main process is running, read message from pipe
wait(0);
read(fd[0],inpipe,100);
cout<<inpipe<<endl;
wait(0);
read(fd[0],inpipe,100);
cout<<inpipe<<endl;
wait(0);
read(fd[0],inpipe,100);
cout<<inpipe<<endl;
}
}
}
}
int main(){
process();
return 0;
}
7.运行结果
8.程序使用说明。

在Linux环境下编译执行即可看到输出结果。