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通过Linux 系统中管道通信机制#xff0c;加深对于进程通信概念的理解#xff0c;观察和体验并发进程间的通信和协作的效果 #xff0c;练习利用无名管道进行进程通信的编程和调试技术。
管道pipe是进程间通信最基本的一种机制,两个进程可以通过管道一个在管道一…实验内容
通过Linux 系统中管道通信机制加深对于进程通信概念的理解观察和体验并发进程间的通信和协作的效果 练习利用无名管道进行进程通信的编程和调试技术。
管道pipe是进程间通信最基本的一种机制,两个进程可以通过管道一个在管道一端向管道发送其输出给另一进程可以在管道的另一端从管道得到其输入。管道以半双工方式工作,即它的数据流是单方向的。因此使用一个管道一般的规则是读管道数据的进程关闭管道写入端,而写管道进程关闭其读出端。
示例程序
效果为两个进程交替分别对X进行1操作
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
int main(int argc, char *argv[])
{int pid; //进程号int pipe1[2]; //存放第一个无名管道标号int pipe2[2]; //存放第二个无名管道标号int x; // 存放要传递的整数//使用pipe()系统调用建立两个无名管道。建立不成功程序退出执行终止if(pipe(pipe1) 0){perror(pipe not create);exit(EXIT_FAILURE);}if(pipe(pipe2) 0){perror(pipe not create);exit(EXIT_FAILURE);}//使用fork()系统调用建立子进程,建立不成功程序退出执行终止if((pidfork()) 0){perror(process not create);exit(EXIT_FAILURE);}//子进程号等于0 表示子进程在执行else if(pid 0){//子进程负责从管道1的0端读,管道2的1端写//所以关掉管道1的1端和管道2的0端。close(pipe1[1]);close(pipe2[0]);//每次循环从管道1 的0 端读一个整数放入变量X 中,//并对X 加1后写入管道2的1端直到X大于10do{read(pipe1[0],x,sizeof(int));printf(child %d read: %d\n,getpid(),x);write(pipe2[1],x,sizeof(int));}while( x9 );//读写完成后,关闭管道close(pipe1[0]);close(pipe2[1]);//子进程执行结束exit(EXIT_SUCCESS);}//子进程号大于0 表示父进程在执行else{//父进程负责从管道2的0端读,管道1的1端写//所以关掉管道1 的0 端和管道2 的1端。close(pipe1[0]);close(pipe2[1]);x1;//每次循环向管道1 的1 端写入变量X 的值,并从//管道2的0 端读一整数写入X 再对X加1直到X 大于10do{write(pipe1[1],x,sizeof(int));read(pipe2[0],x,sizeof(int));printf(parent %d read: %d\n,getpid(),x);}while(x9);//读写完成后,关闭管道close(pipe1[1]);close(pipe2[0]);}//父进程执行结束return EXIT_SUCCESS;
}执行结果 几个关键点
一、pipe系统调用的使用 创建管道两个端口 int pipe[2]调用pipe系统调用在两个端口间建立管道后续可利用read、write通过管道端口利用管道进行进程间通信为了防止出现死锁以及消息冲突需要进行close处理读写操作传输的值都是实际地址
pipe管道端口不与进程绑定而是可以更改的pipe管道端口的作用是固定的0端口读1端口写
二、perror函数的使用
perror()是一个C语言标准库函数用于打印错误信息。它接受一个字符串参数作为错误信息的前缀并将系统的错误消息附加到该前缀后面。
一般用于打印系统调用的错误能够自动输出系统调用错误的编码。见下面示例代码
#include stdio.h
#include errno.hint main() {FILE *file fopen(nonexistent_file.txt, r);if (file NULL) {perror(Error opening file: );return 1;}// 其他文件操作...fclose(file);return 0;
}其输出是
Error opening file: No such file or directory三、read、write函数的使用
(1)读取时:要先关闭管道的写入端口,才能从输出端口进行读出
read函数的三个参数分别为:
close(port[1]);
read(port[0],数据,要传输的数据长度); (2)输出时:
write函数的三个参数分别为:
close(port[0]);
write(port[1],数据,要传输的数据长度); 本次实验
实验内容 实验代码
#include stdio.h
#includestdlib.h
#includeunistd.h
#include wait.h//三个递归函数的定义每个函数用一个进程来运行运行结果利用pipe通信
//f(x)
int fx(int x){if(x 0){printf(the number you input must be positive!);return 0;}else if(x 1){return 1;}else if(x 1){return fx(x-1) * x;}
}
//f(y)
int fy(int y){if(y 0){printf(the number you input must 2!);return 0;}else if(y 1 || y 2){return 1;}else if(y 2){return fy(y-1) fy(y-2);}
}
//f(x,y)
int fxy(int fx, int fy){return fx fy;
}int main(int argc,char* argv[]){int pid1; //子进程1int pid2; //子进程2int pid; //父进程int pipe1[2]; //第一个管道父进程写子进程读int pipe2[2]; //第二个管道父进程读子进程写int result1; //保存f(x)和f(y)的计算结果int result2;int result;int status; //记录子进程状态int x;int y;//从键盘输入x和yprintf(please input number x: );scanf(%d,x);printf(\n);printf(please input number y: );scanf(%d,y);printf(\n);//开始创建管道if(pipe(pipe1)0){perror(pipe1 not create);exit(EXIT_FAILURE);}if(pipe(pipe2)0){perror(pipe2 not create);exit(EXIT_FAILURE);}//创建子进程开始执行操作pid1fork(); if(pid10){ //第一个子进程注意以下我在这里踩了坑perror(process1 not create);exit(EXIT_FAILURE);}//子进程1在执行if(pid10){//子进程负责在管道1的1端写父进程在管道1的0端读//所以关掉管道1的0端close(pipe1[0]);result1fx(x);printf(子进程1完成了运算,f(x)%d\n,result1);//将运行结果发送出去write(pipe1[1],result1,sizeof(int));//写完成后,关闭管道close(pipe1[1]);//子进程执行结束exit(EXIT_SUCCESS);}//父进程运行else{waitpid(pid1, status, 0); //等待子进程运行结束再执行父进程主动阻塞父进程也可以让其因为read被动阻塞printf(我是父进程%d,已经等待子进程%d完成,现开始运行\n,getpid(),pid1);close(pipe1[1]); //在访问共享资源前都要避免互斥//从管道1的0端口获得数值read(pipe1[0],result1,sizeof(int));close(pipe1[0]);//创建另一个进程2执行f(y)程序printf(父进程%d已获取结果1,先创建新子进程运行f(y)\n ,getpid());pid2fork();//使用fork()系统调用建立子进程,建立不成功程序退出执行终止if(pid2 0){perror(子进程2没有创建成功);exit(EXIT_FAILURE);}//第二个子进程pipe2[1]用来写if(pid2 0){//关掉pipe2[0]端close(pipe2[0]);//计算f(y)result2 fy(y);printf(子进程2完成了运算,f(y)%d\n,result2);//发送消息write(pipe2[1],result2,sizeof(int));close(pipe2[1]);}//父进程else{waitpid(pid2, status, 0);close(pipe2[1]);//接受第二个子进程从管道里发来的信息read(pipe2[0],result2,sizeof(int));result fxy(result1,result2);printf(f(x) %d\n,result1);printf(f(y) %d\n,result2);printf(f(x,y) %d\n,result);//读完成后关闭管道close(pipe2[1]);//父进程执行结束return EXIT_SUCCESS;}}
}
运行结果 踩的坑 1、读只能从端口0进行写从端口1进行 2、编程思路对于一个进程它必须只要要完成一个操作单位体计算一个递归函数就是一个操作单位体 3、 赋值运算优先级小于比较运算所以if(pid1fork()0)此时执行的是if(pid1(fork()0))也就是说pid1并未得到fork返回的子进程pid而是得到比较运算结果1。 解决方案1、可以把pidfork与pid0分成两步去实现2、可以修改if(pid1fork()0)为if(pid1fork()0) makefile文件编写
# DEPEND 代替 依赖文件# CC 代替 gcc# CFLAGS 代替 编译命令# PARA 代替 参数# OBJS 代替 目标文件DEPENDexpr_2.cOBJSexpr_2CCgccCFLAGS-oexpr_1:$(DEPEND)$(CC) $(DEPEND) $(CFLAGS) $(OBJS)run:$(OBJS)./$(OBJS) clean:rm *.o $(OBJS) -rf 实验感悟
一、进程协作的特点
共享资源进程协作和通信允许多个进程共享资源本示例中父子进程共享变量x数据传输进程可以通过通信机制相互传输数据以实现信息交换和共享。本实验代码中进程之间传输不同函数运行的结果从而实现协作进程间控制进程协作可以通过管道、消息队列、共享内存等实现进程间的控制和协调。本实验中采用管道控制
二、进程通信机制
目前我们已经学习的有四种类型如下 管道管道是一种单向通信机制用于在具有亲缘关系的进程之间传递数据。它可以通过创建一个管道文件描述符来实现进程间的通信 消息队列消息队列是一种存放消息的容器进程可以通过发送和接收消息来实现通信。消息队列提供了一种异步通信的方式 共享内存共享内存允许多个进程共享同一块内存区域进程可以通过读写共享内存来交换数据 信号量Semaphore信号量是一种用于进程间同步和互斥访问共享资源的机制。进程可以使用信号量来控制对共享资源的访问 其中管道主要用于父子两个进程之间的简单通信是单向的。实现起来也简单快捷但是无法处理多个进程之间的复杂协作 三、进程管道通信的具体流程 创建管道通过调用系统的管道函数创建一个管道它会返回两个文件描述符一个用于读取数据一个用于写入数据 创建子进程使用系统调用如fork()创建一个新的子进程 父子进程通信父进程可以通过写入管道的文件描述符将数据发送给子进程子进程可以通过读取管道的文件描述符接收数据 关闭管道当通信结束后父进程和子进程都需要关闭管道的文件描述符释放相关的资源
总结 本文到这里就结束啦~~
本篇文章重点在于利用linux系统的完成操作系统的实验巩固课堂知识
本篇文章的撰写实验代码调试运行知识点细致化学习共花了本人3h左右的时间
个人觉得已经非常详细啦如果仍有不够希望大家多多包涵~~如果觉得对你有帮助辛苦友友点个赞哦~ 知识来源山东大学《操作系统原理实用实验教程》张鸿烈老师编著
