操作系統(tǒng)實驗,實驗7管道通信

1、實驗七 管道通信w實驗目的實驗目的加深對進程概念的理解，明確進程和程序的區(qū)別、進一步認識并發(fā)執(zhí)行的實質了解并熟悉Linux系統(tǒng)中利用管道實現(xiàn)進程通信的基本概念及方法熟悉Linux提供的有關系統(tǒng)調用函數(shù)/庫函數(shù)，并能使用這些函數(shù)w實驗準備及預習實驗準備及預習閱讀講義附件8-管道通信，了解Linux系統(tǒng)中利用管道實現(xiàn)進程通信的基本概念及方法熟悉Linux提供的有關系統(tǒng)調用函數(shù)/庫函數(shù)：pipe()、mkfifo、close()、read()、write()、lockf() w管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，也是一種使用非常頻繁的通信機制w邏輯上被看作管道文件，只存在于內存中w管

2、道是單向的、先進先出的、無結構的、固定大小的字節(jié)流，把一個進程的標準輸出和另一個進程的標準輸入連接在一起w寫進程在管道的尾端寫入數(shù)據(jù)，讀進程在管道的首端讀出數(shù)據(jù)w數(shù)據(jù)讀出后將從管道中移走，其它讀進程都不能再讀到這些數(shù)據(jù)w管道提供了簡單的流控制機制進程試圖讀空管道時，在有數(shù)據(jù)寫入管道前，進程將一直阻塞管道已經滿時，進程再試圖寫管道，在其它進程從管道中移走數(shù)據(jù)之前，寫進程將一直阻塞管道克服使用文件通信的兩個問題w限制管道的大小管道是一個固定大小的緩沖區(qū)Linux中，該緩沖區(qū)的大小為1頁，即4K字節(jié)，因此不像文件那樣不加檢驗地增長寫管道時可能變滿，當這種情況發(fā)生時，隨后對管道的write()調用將默

3、認地被阻塞，等待某些數(shù)據(jù)被讀取，以便騰出足夠的空間供write()調用寫 w讀取進程可能工作得比寫進程快當所有當前進程數(shù)據(jù)已被讀取時，管道變空隨后的read()調用將默認地被阻塞，等待某些數(shù)據(jù)被寫入例例1：管道可用于輸入輸出重定向，它將一個命令的輸出直接定向到另一個命令的輸入。比如，當在某個shell程序（Bourneshell或C shell等）鍵入whowc -l后，相應shell程序將創(chuàng)建who以及wc兩個進程和這兩個進程間的管道?？紤]下面的命令行：w$kill -l 顯示當前系統(tǒng)支持的所有信號w$kill -l | grep SIGRTMIN #include int pipe(int

4、 fd2)功能：創(chuàng)建一個管道，管道兩端可分別用描述字fd0以及fd1來描述注意管道的兩端是固定任務的，一端只能用于讀，由描述字fd0表示，稱為管道讀端；另一端則只能用于寫，由描述字fd1來表示，稱為管道寫端如果試圖從管道寫端讀取數(shù)據(jù)，或者向管道讀端寫入數(shù)據(jù)都將導致錯誤發(fā)生一般文件的I/O函數(shù)都可以用于管道，如close、read、write等等管道的創(chuàng)建例例2：使用系統(tǒng)調用pipe()建立一條管道線，兩個子進程p1和p2分別向管道各寫一句話：child1 is sending a message!和child2 is sending a message!，父進程則從管道中讀出來自子進程的信息，

5、并顯示在屏幕上。 #include #include main()int fd2; int pid1,pid2;char OutPipe100, InPipe100;pipe(fd);while(pid1=fork()=-1);if(pid1=0)printf(“child process1 %dn”,getpid();lockf(fd1,1,0); /*加鎖鎖定寫入端*/sprintf(OutPipe, “child1 is sending a message!”);write(fd1, OutPipe, 50);/*將buf中的50個字符寫入管道*/sleep(5);/*睡眠5秒，暫時放棄

6、CPU*/lockf(fd1,0,0);/*解鎖釋放寫入端*/exit(0);/*結束進程pid1 */else/ else if pid1while(pid2=fork()=-1);if(pid2=0)printf(“child process2 %dn”,getpid()”);lockf(fd1,1,0);sprintf(OutPipe, “child2 is sending a message!”);write(fd1, OutPipe, 50);sleep(5);lockf(fd1,0,0);exit(0);else /*else if pid2*/printf(“parent pro

7、cess %dn”,getpid();wait(0);read(fd0,InPipe,50);printf(“%sn”,InPipe);wait(0);read(fd0,InPipe,50);printf(“%sn”,InPipe);exit(0);/*end if pid2*/*end if pid1*/w使用管道通信時，可關閉某些不需要的讀或寫描述符，建立起單向的讀或寫管道，然后用read和write像操作文件一樣去操作它：close(pipe_fd0);/*關閉讀管道*/ close(pipe_fd1);/*關閉寫管道*/發(fā)送進程利用文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調用write( fd1, buf, s

8、ize)，把buf中長度為size字節(jié)的字符消息送入管道入口（即寫入端）fd1接收進程則使用系統(tǒng)調用read( fd0, buf, size )從管道出口（即讀出端）fd0讀出size字節(jié)的字符消息放到buf中例例3：兩個進程，如子進程向父進程發(fā)送數(shù)據(jù)，即使用子進程的fd1和父進程的fd0，同時關閉子進程的fd0和父進程的fd1#include #include #include #include #include #include int main() char *msg=I am child process!; /*子進程發(fā)送的數(shù)據(jù)*/ pid_t pid; char buf100;/*用

9、于讀取*/ int pi;/*創(chuàng)建管道時的返回值*/ int fd2;/*創(chuàng)建管道的參數(shù)*/ memset(buf,0,sizeof(buf);/*設置buf數(shù)組全為0，需*/ pi=pipe(fd); /*要引入#include*/ if(pi0) /*parent process*/ close(fd1); /*關閉寫管道*/ sleep(2);/*休眠一下等待數(shù)據(jù)寫入*/ if(read(fd0,buf,100)0)/*寫入管道*/ printf(Message from the pipe is:%sn,buf); close(fd0);/*關閉讀管道*/ waitpid(pid,NUL

10、L,0);/*待子進程退出*/ exit(0); else perror(fork() error!); exit(0); 管道的局限w主要局限性正體現(xiàn)在它的特點上只支持單向數(shù)據(jù)流只能用于具有親緣關系的進程之間沒有名字；管道的緩沖區(qū)是有限的所傳送的是無格式字節(jié)流管道的讀出方和寫入方必須事先約定好數(shù)據(jù)的格式，比如多少字節(jié)算作一個消息（或命令、或記錄）等等多少字節(jié)算作一個消息（命令、記錄）w普通管道只能用于一個進程家族之間的通信，如父子，兄弟之間w命名管道是有“名字”的管道，另外的進程可以看到并使用w普通管道在內存中，隨著進程的結束而消失，命名管道在磁盤上，作為一個特殊的設備文件而存在，進程結束不

11、消失w值得注意的是，管道嚴格遵循先進先出（first in first out），對管道及命名管道的讀總是從開始處返回數(shù)據(jù)，對它們的寫則把數(shù)據(jù)添加到末尾有名管道有名管道的創(chuàng)建#include #include int mkfifo(const char * filmname, mode_t mode)w功能：創(chuàng)建一個名為filename的管道w參數(shù)：mode模式設置管道的權限，如O_CREAT、O_EXCL、O_NONBLOCK等w返回：成功0，出錯返回-1 錯誤存儲在errno中有名管道的打開w有名管道比管道多了一個open操作 int open( const char * pathname

12、,int flags, mode_t mode);w返回：若所有核查的權限都通過了檢查則返回0，表示成功；只要有一個權限被禁止則返回-1指向打開文件的路徑打開文件的方式一般為0w參數(shù)flags 所能使用的旗標O_RDONLY ；O_WRONLY ；O_RDWR三種旗標互斥，但可與下列的旗標利用OR（|）組合 O_CREAT：文件不存在則自動建立文件 O_EXCL：與O_CREAT合用，檢查文件是否存在O_APPEND：所寫入的數(shù)據(jù)以附加方式加入到文件后 O_NONBLOCK：以不可阻塞的方式打開文件int fp=open(FIFO,O_RDWR|O_NONBLOCK,0);read(fp,bu

13、f,20);下面的實例演示了mkfifo的使用w請先以超級用戶身份登錄系統(tǒng)，然后編輯/編譯源程序（兩個*.c程序），在圖形終端上執(zhí)行讀程序readfifo.c，讀程序執(zhí)行后將陷入循環(huán)w切換到字符終端1（ctrl+alt+f1），以超級用戶身份登錄并執(zhí)行寫程序writefifo.cw然后回到圖形終端，觀察讀程序的輸出變化#include #include #include #include #include #include #include #include #define FIFO /home/jkx/myfifo /*使用宏命名有名管道文件的路徑*/ /*readfifo.c*/ int

14、main() int fd; /*指向命名管道*/ char buf100;/*存儲數(shù)據(jù)*/ if(mkfifo(FIFO,O_CREAT|O_EXCL)0) /*創(chuàng)建管道*/ perror(Create error!n); unlink(FIFO);/*清除管道*/ exit(0); /* end if mkfifo*/ fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);/*打開管道*/ if(fd0) /*讀取管道*/ printf(Get message:%sn,buf); else printf(Not accept any message!n); sleep(1);