【操作系统】进程间通信

浅浅的花香味﹌ 2023-10-17 17:36 34阅读 0赞

##### 一、实验目的 #####

1. 了解管道通信的特点，掌握管道通信的使用方法。
    2. 了解消息队列通信机制及原理，掌握消息队列相关系统调用的使用方法及功能。

##### 二、实验项目内容 #####

> **管道通信**：  
> 1. 父进程创建管道和两个子进程p1和p2  
> 2. 子进程p1打开给定文件（如果没有，则创建文件），并向文件中写数  
> 据，写完关闭文件，然后向管道写入一条消息“ok”，目的是通知进程p2可以读取文件内容了。  
> 3. 子进程p2通过管道读取消息，如果消息是“ok”,则打开文件，读取文件内容，并将其输出到屏幕上,关闭文件.
> 
> **消息队列**：  
> 1. 父进程创建管道和两个子进程p1和p2  
> 2. 子进程p1打开给定文件（如果没有，则创建文件），并向文件中写数据，写完关闭文件，然后向消息队列写入一条消息“ok”,目的是通知进程p2可以读取文件内容了  
> 3. 子进程p2从消息队列读取消息，如果消息是“ok”,则打开文件，读取文件内容，并将其输出到屏幕上,关闭文件.

##### 三、试验过程及算法 #####

（一） 实验流程图  
![这里写图片描述][SouthEast]

![这里写图片描述][SouthEast 1]  
（二） 实验过程及算法

两个程序过程和算法相似，因为是比较两种不同的通信方式，大致过程如下：

> 1.  父（主）进程创建管道和两个子进程p1和p2；
> 2.  子进程p1打开给定文件（如果没有，则创建文件），并向文件中写数据，写完关闭文件，然后向消息队列或管道写入一条消息“ok”,目的是通知进程p2可以读取文件内容了；
> 3.  子进程p2从消息队列或管道读取消息，如果消息是“ok”,则打开文件，读取文件内容，并将其输出到屏幕上,关闭文件.

##### 五、 实验结果以及分析： #####

（一） 实验结果

![这里写图片描述][SouthEast 2]  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

上两张图是管道通信程序运行前后文件夹内容，产生1.txt文件。

![这里写图片描述][SouthEast 4]  
![这里写图片描述][SouthEast 5]  
![这里写图片描述][SouthEast 5]

上两张图是管道通信程序和消息队列程序运行结果，进程2均成功接收到进程1的消息且读取到文件中进程1留存的消息：hello, childTwo, this childOne!。

![这里写图片描述][SouthEast 6]

上两张图是程序产生1.txt和2.txt文件并写入信息的截图。

（二） 分析

在最初的程序结果输出中，进程2的接收信息总是先输出，开始以为是程序错误，但看输出结果发现进程2顺利读取输出了文件中的信息。仔细想想，这是很正常的情况，进程p1和进程p2同时执行，但可能p1执行的时间片到了，p2接着执行了或者说p2抢占了输出设备，所以进程p2的结果先输出。

六 实验程序代码：

（一）管道通信程序源码

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <sys/types.h>
    
    void childProcessfunc(int i,int w_fd,int r_fd){
    
        switch(i){
    
            FILE *pFile;    //clear the file pointer
            case 1:
                close(r_fd);    //close the read
    
                printf("welcome in child process one:\n   open the file of 1.txt...\n");
    
                //open the file of 1.txt, program will create this file when it's not existed, otherwise rewrite it.
                //fail to open the file 
                if(NULL == (pFile = fopen("1.txt", "w"))){  
                    printf("error\n");  
                    exit(1);  
                }  
                //write the string into 1.txt
                fwrite("hello, childTwo, this is childOne!",1,strlen("hello, childTwo, this is childOne!"),pFile);  
                fclose(pFile);    //close file
    
                //send the signal by pipe
                printf("   Sending the message to child process two...\n"); 
                write(w_fd,"OK",strlen("OK"));
    
                break;
            case 2:
                char readBuffer[80];
                close(w_fd);    //close the write
                int nBytes=read(r_fd,readBuffer,sizeof(readBuffer));
                 printf("welcome in child process two:\n   open the file of 2.txt...\n");
    
                //when the message is "OK"
                if(strcmp(readBuffer, "OK") == 0){
    
                    printf("   start read the file...\n   the content of 1.txt is : \n  "); 
    
                    //fail to open the file 
                    if(NULL == (pFile = fopen("1.txt", "r"))){  
                        printf("error\n");  
                        exit(1);  
                    }  
    
                    char ch;
                    //get a char once and output  
                    while(EOF != (ch=fgetc(pFile))){  
                        printf("%c", ch);  
                    }  
    
                fclose(pFile);    //close file
            }
            break;
        }
        exit(0);
    }
    
    
    int main(){
    
        int fd[2];
        pid_t childPidOne,childPidTwo;
    
        pipe(fd);
        int w_fd=fd[1];    //port of write
        int r_fd=fd[0];    //port of read
    
        //create two child process No.1 and No.2
        for (int i = 1; i <= 2; i++){
    
            pid_t child=fork();
    
            //create process failed
            if (child==-1)    
            {
                printf("Error hanppened in fork function!\n");
                return 0;
            }
            //exert function when success
            else if(child==0)
            {
                childProcessfunc(i,w_fd,r_fd);
            }
    
            //parent wait for child process
            pid_t tempPid=wait(NULL);
        }
    
        return 0;
    }

（二） 消息队列程序源码

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <sys/msg.h>
    
    #define MAX 100
    
    struct msgBuff{
    
        long mType;
        char data[MAX];
    };
    
    void childProcessfunc(int i, int mgsId){
    
        switch(i){
    
            FILE *pFile;    //clear the file pointer
            case 1:
                printf("welcome in child process one:\n   open the file of 2.txt...\n");
                sleep(1);
    
                //open the file of 1.txt, program will create this file when it's not existed, otherwise rewrite it.
                pFile = fopen("2.txt","w");  
                fwrite("hello, childTwo, this is childOne!",1,strlen("hello, childTwo, this is childOne!"),pFile);  
                fclose(pFile);    //close file
    
                printf("   close the file and Sending message to childTwo...\n");
    
                struct msgBuff msg1;
                msg1.mType=getppid();    //get the parent process's ID
    
                strcpy(msg1.data,"OK");
    
                if (msgsnd(mgsId,&msg1,sizeof(msg1.data),0)<0){
    
                    printf("Sending error!\n");
                    exit(1);
                }else{
                    printf("Sending complete!\n");
                }
    
                break;
            case 2:
                wait(NULL);
    
                printf("welcome in child process two:\n   Receiving the message.....\n");
    
                sleep(1);
    
                struct msgBuff msg2;
                //receive failed
                if (msgrcv(mgsId,&msg2,MAX,getppid(),0)<0){
    
                    printf("Receiving error!\n");
                    exit(1);
                }else{
    
                    printf("Receiving complete!\n    open the file of 2.txt...\n");
                    //compare the message received with "Ok"
                    if(strcmp(msg2.data, "OK") == 0){
                        //open 2.txt
                        if(NULL == (pFile = fopen("2.txt", "r"))){  
                            printf("open file error\n");  
                            exit(1);  
                        }else{
                            printf("the content of 2.txt is: ");
                        }  
    
                        char ch;
                        //read 2.txt and output a char at once  
                        while(EOF != (ch=fgetc(pFile))){  
                            printf("%c", ch);  
    
                        }
                        fclose(pFile);  //close file
                    }
                }
                break;
        }
        exit(0);
    }
    
    int main(){
    
        key_t key;
        if((key=ftok("/tmp",'g'))<0){
    
            printf("Getting key error!\n");
            return -1;
        }
    
        int mgsId;
        if ((mgsId=msgget(key,IPC_CREAT|0666))==-1){
    
            printf("mgs queue create error!\n");
            return -1;
        }
    
        //create two child process No.1 and No.2
        for (int i = 1; i <= 2; i++){
    
            pid_t child=fork();
    
            //create process failed
            if (child==-1)    
            {
                printf("Error hanppened in fork function!\n");
                return 0;
            }
            //exert function when success
            else if(child==0)
            {
                childProcessfunc(i,mgsId);
            }
    
            //parent wait for child process
            pid_t tempPid=wait(NULL);
        }
    
        return 0;
    }

[SouthEast]: https://img-blog.csdn.net/20171229195655040?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYWRtaW5wZA==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 1]: https://img-blog.csdn.net/20171229195716140?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYWRtaW5wZA==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 2]: https://img-blog.csdn.net/20171229200109916?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYWRtaW5wZA==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 3]: https://img-blog.csdn.net/20171229200125754?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYWRtaW5wZA==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 4]: https://img-blog.csdn.net/20171229195944625?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYWRtaW5wZA==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 5]: https://img-blog.csdn.net/20171229200001847?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYWRtaW5wZA==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 6]: https://img-blog.csdn.net/20171229195905640?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvYWRtaW5wZA==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast

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