进程的管道通信

实验四 进程的管道通信

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

实验内容
编写程序实现进程的管道通信。用系统调用pipe( )建立一管道，二个子进程P1和P2分别向管道各写一句话：
    Child 1 is sending a message!
    Child 2 is sending a message!
父进程从管道中读出二个来自子进程的信息并显示（要求先接收P1，后P2）。

实验指导
一、什么是管道
UNIX系统在OS的发展上，最重要的贡献之一便是该系统首创了管道（pipe）。这也是UNIX系统的一大特色。
所谓管道，是指能够连接一个写进程和一个读进程的、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。
二、管道的类型：
1、有名管道
一 个可以在文件系统中长期存在的、具有路径名的文件。用系统调用mknod( )建立。它克服无名管道使用上的局限性，可让更多的进程也能利用管道进行通信。因而其它进程可以知道它的存在，并能利用路径名来访问该文件。对有名管道的 访问方式与访问其他文件一样，需先用open( )打开。
2、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。
二种管道的读写方式是相同的，本文只讲无名管道。
3、pipe文件的建立
分配磁盘和内存索引结点、为读进程分配文件表项、为写进程分配文件表项、分配用户文件描述符
4、读/写进程互斥
内核为地址设置一个读指针和一个写指针，按先进先出顺序读、写。
为 使读、写进程互斥地访问pipe文件，需使各进程互斥地访问pipe文件索引结点中的直接地址项。因此，每次进程在访问pipe文件前，都需检查该索引文 件是否已被上锁。若是，进程便睡眠等待，否则，将其上锁，进行读/写。操作结束后解锁，并唤醒因该索引结点上锁而睡眠的进程。
三、所涉及的系统调用   
1、pipe( )
建立一无名管道。
系统调用格式
              pipe(filedes)
参数定义
int  pipe(filedes);
int  filedes[2];
其中，filedes[1]是写入端，filedes[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、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、write( )
系统调用格式
                  read(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( )。
四、参考程序

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
int pid1,pid2;
 
main( )
    {
int fd[2];
char outpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd);                       /*创建一个管道*/
while ((pid1=fork( ))= =-1);
if(pid1= =0)
  {
lockf(fd[1],1,0);
    sprintf(outpipe,"child 1 process is sending message!");
/*把串放入数组outpipe中*/
    write(fd[1],outpipe,50);     /*向管道写长为50字节的串*/
    sleep(5);                 /*自我阻塞5秒*/
    lockf(fd[1],0,0);
    exit(0);
            }
else
           {
while((pid2=fork( ))= =-1);
    if(pid2= =0)
{    lockf(fd[1],1,0);           /*互斥*/
   sprintf(outpipe,"child 2 process is sending message!");
                 write(fd[1],outpipe,50);
                 sleep(5);
           lockf(fd[1],0,0);
                 exit(0);
            }
               else
                {  wait(0);              /*同步*/
         read(fd[0],inpipe,50);   /*从管道中读长为50字节的串*/
                   printf("%s\n",inpipe);
         wait(0);
         read(fd[0],inpipe,50);
         printf("%s\n",inpipe);
                   exit(0);
               }
        }
}

 

五、运行结果
   延迟5秒后显示
child 1 process is sending message!
       再延迟5秒
              child 2 process is sending message!
六、思考题
1、程序中的sleep(5)起什么作用？
2、子进程1和2为什么也能对管道进行操作？