第第頁操作系統(tǒng)管道通信河南城建學(xué)院

《操作系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書

設(shè)計題目：管道通信

專業(yè)：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

指導(dǎo)老師：邵國金郭猛薛冰

班級：0814102

學(xué)號：081410217

姓名：金賀

同組人：李乾坤邵光光

計算機(jī)科學(xué)與工程系

2022年1月10日

授課：***

前言

課程設(shè)計是檢測同學(xué)課程效果的重要手段，是訓(xùn)練同學(xué)通過所學(xué)的知識解決實際問題的重要方式，同時也是實踐性教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)，它以某以課程為基礎(chǔ)，可以涉及和課程相關(guān)的各個方面，是一門獨立于課程之外的非常課程。課程設(shè)計是讓同學(xué)對所學(xué)的課程更全面的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，理解和掌控課程的相關(guān)知識。《操作系統(tǒng)》是一門重要的專業(yè)課，是計算機(jī)理論和應(yīng)用的核心基礎(chǔ)課程。

操作系統(tǒng)課程設(shè)計，是一次對多學(xué)知識的綜合演練，要求同學(xué)在操作系統(tǒng)的設(shè)計理念、整體機(jī)構(gòu)、模塊劃分、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇和應(yīng)用、算法的設(shè)計及其實現(xiàn)等方面，加深對課程基本內(nèi)容的理解，同時，在課程設(shè)計方法以及上機(jī)操作等基本技能和科學(xué)作風(fēng)方面收到比較系統(tǒng)和嚴(yán)格的訓(xùn)練。

在這次的課程設(shè)計中我們選擇的題目是進(jìn)程間通信消息機(jī)制的設(shè)計，實現(xiàn)消息的創(chuàng)建、發(fā)送和接收及在server端創(chuàng)建一個服務(wù)函數(shù)，從而形成C/S通訊模式。消息機(jī)制是消息通過消息隊列的方式進(jìn)行進(jìn)程間消息的傳遞，通過此次課程設(shè)計，全面理解消息機(jī)制進(jìn)程間通信方法。實現(xiàn)把死板的課本知識變得生動有趣，激發(fā)了同學(xué)的積極性。把學(xué)過的計算機(jī)操作系統(tǒng)的知識強(qiáng)化，能夠把課堂上的知識通過自己設(shè)計的程序表示出來，加深了歲理論知識的理解目的。

授課：***

目次

一、(4)

二、(4)

三、設(shè)計題目及要求(4)

(1)設(shè)計管道通信(4)

(2)設(shè)計命名管道(4)

四、總體設(shè)計(4)

五、具體設(shè)計(6)

1、實現(xiàn)管道通信(6)

2、命名管道設(shè)計(8)

六、調(diào)試與測試方法(12)

七、執(zhí)行結(jié)果及分析(13)

八、源程序清單(14)

九、心得體會(19)

十、

#includestdio.h

main()

{

inti,r,p1,p2,fd[2];

charbuf[50],s[50];

pipe(fd);//創(chuàng)建匿名管道，fd[0]為讀端，fd[1]為寫端//

while((p1=fork())==-1);//創(chuàng)建子進(jìn)程P1，直至勝利為止〔p1!=-1〕//

if(p1==0)//子進(jìn)程P1執(zhí)行規(guī)律//

{

lockf(fd[1],1,0);//鎖定管道寫端，保證寫入數(shù)據(jù)的完整性//

sprintf(buf,childprocessP1issendingmessages!\n);//在buf中填入預(yù)備寫入管道的信息數(shù)據(jù)printf(childprocessP1!\n);//打印“子進(jìn)程P1正在運行”//

write(fd[1],buf,50);//向管道寫端fd[1]寫入buf中的數(shù)據(jù)，寫完后該數(shù)據(jù)即可以從讀端fd[0]讀出//

sleep(5);//睡眠5秒//

lockf(fd[1],0,0);//解鎖管道寫端//

e*it(0);//子進(jìn)程P1退出//

}

else//主進(jìn)程的執(zhí)行規(guī)律//

{

while((p2=fork())==-1);//創(chuàng)建第二個子進(jìn)程P2//

if(p2==0)//子進(jìn)程P2的執(zhí)行規(guī)律//

{

lockf(fd[1],1,0);//鎖定管道寫端，保證數(shù)據(jù)寫入完整//

sprintf(buf,childprocessP2issendingmessages!\n);//在buf中填入預(yù)備寫入管道的信息數(shù)據(jù)

授課：***

printf(childprocessP2!\n);//打印“子進(jìn)程P2正在運行”//

write(fd[1],buf,50);//向管道寫端fd[1]寫入buf中的數(shù)據(jù)，寫完后該數(shù)據(jù)即可從讀端fd[0]讀出//

sleep(5);//睡眠5秒//

lockf(fd[1],0,0);//解鎖管道寫端//

e*it(0);//子進(jìn)程P2退出//

}

//以下為主進(jìn)程執(zhí)行規(guī)律//

wait(0);//等待某個子進(jìn)程退出//

if(r=read(fd[0],s,50)==-1)//從管道讀端fd[0]讀取P1或者P2寫入的數(shù)據(jù)〔視哪個子進(jìn)程搶先執(zhí)行到lockf函數(shù)〕//

{

printf(:cantreadpipe\n);//讀取失敗，打印錯誤信息//

}

else

{

printf(:%s\n,s);//打印出讀到的信息數(shù)據(jù)//

}

wait(0);//等待第二個子進(jìn)程退出//

if(r=read(fd[0],s,50)==-1)//從管道讀端fd[0]讀取出P1或者P2寫入的數(shù)據(jù)〔視哪個子進(jìn)程后執(zhí)行到lockf函數(shù)〕//

{

printf(:cantreadpipe\n);//讀取失敗，打印錯誤信息//

}

else

{

printf(:%s\n,s);//打印讀取到的信息數(shù)據(jù)//

}

e*it(0);//主進(jìn)程退出//

}

}

2、命名管道設(shè)計。

命名管道的通信例子中包括client端和server端。它們源代碼文件名稱分別為fifo_clt.c和fifo_svr.c，還有一個公共常量的有關(guān)文件被打包在文件fifo_hd.h

運行時，client只運行一次就將退出，而server端作為服務(wù)器仍將繼續(xù)運行，你再次啟動client來懇求服務(wù)。

FIFO的用法

1、創(chuàng)建

用mkfifo或mknod創(chuàng)建一個命名管道。以mkfifo為例：

#includesys/types.h

#includesys/stat.h

intmkfifo(constchar*fifo_name,mode_tmode);//勝利返回0，否那么為-1

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2、運用

管道一經(jīng)創(chuàng)建，就可向一般文件一樣運用。可通過系統(tǒng)調(diào)用open,close,read,write,unlink等進(jìn)行操作。

管道打開過程中，變量O_NONBLOCK將影響打開后對文件的操作。默認(rèn)狀況下該變量不設(shè)置，也就是以堵塞方式打開。這樣可以保證原子性操作。〔因此可以不考慮該參數(shù)。〕在操作過程中，假如對一個管道進(jìn)行寫操作write，假設(shè)對方?jīng)]有以讀方式打開將產(chǎn)生SIGPIPE。你可以捕獲此信號進(jìn)行處理。默認(rèn)狀況下是涌現(xiàn)寫錯誤。當(dāng)最末一個寫入者關(guān)閉了管道，將產(chǎn)生一個文件結(jié)束標(biāo)識EOF。

3、client、server

可以以client/server方式運用FIFO。假如一個服務(wù)器有多個客戶時，每個客戶可通過一個well_knownFIFO服務(wù)器連接。連接后可以通過well_knownFIFO向服務(wù)器發(fā)送懇求，所發(fā)信息的長度需要≤PIPE_BUF(4096)。

假如客戶服務(wù)器模式是并發(fā)型的話，那么客戶機(jī)不能再通過well_knownFIFO回讀信息。此時可采納在已連接的客戶與服務(wù)器之間建立一個私有通訊管道的方法來進(jìn)行通信。該私有管道被服務(wù)器創(chuàng)建后可以以I/O方式打開，用于客戶機(jī)和服務(wù)器之間進(jìn)行通訊，以完成指定性工作。

頭文件

#definemy_fifomy_fifo/*定義頭文件名*/

#definefile_nameserver./*定義頭文件名*/

客戶端程序

#includestdio.h

#includesys/types.h

#includesys/stat.h

#includefifo_hd.h

main(intargc,char**argv)

{

intfd1,fd2,pid,pid1;/*定義管道*/

charmy_buf[100];

charmy_fil[100];

charmy1buf[100];

if((fd1=open(my_fifo,1))==-1)

{

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fprintf(stderr,Openwell_knownFIFOforreadindError!\n);

e*it(-1);/*失敗*/

}

fprintf(stderr,Open%sOK!\n,my_fifo);

pid=getpid();

sprintf(my_buf,%5.5d%6.6d%7.7d,pid,pid*10,pid*20);

if(write(fd1,my_buf,20)!=0){

strcpy(my_fil,file_name);/*拷貝*/

strncat(my_fil,my_buf,5);

fprintf(stderr,Send_fil:%s\n,my_fil);

sleep(2);

if((fd2=open(my_fil,2))==-1){

fprintf(stderr,open%sError!\n,my_fil);

close(fd1);

e*it(-2);

}

fprintf(stderr,open%sOK!\n,my_fil);

if(read(fd2,my1buf,5)!=0){

my1buf[5]=\0;

fprintf(stderr,Readfrommy_buf:%s!\n\tmy1buf:%s,my_buf,my1buf);

if(strncmp(my_buf,my1buf,5)!=0){

fprintf(stderr,Differentoccurs!\n);

}

strcpy(my_buf,0000000000);

write(fd2,my_buf,5);

//sleep(5);

close(fd2);

close(fd1);

}

}

}

服務(wù)器程序

#includestdio.h

#includesignal.h

#includesys/types.h

#includesys/stat.h

#includefifo_hd.h

voidterminate();

intwell_known_id,tmp_id;

chartmp_fil[100];

main(intargc,char**argv)

{

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intfd1,fd2;

pid_tpid;

charmy_buf[100],my_fil[100],my_tmp[100];

sprintf(my_buf,rm-f%s/dev/null,my_fifo);

system(my_buf);//doshellcmdrm-fmy_fifo/dev/null

well_known_id=tmp_id=-1;

signal(SIGINT,terminate);

if(mkfifo(my_fifo,S_IRW*U|S_IRW*G|S_IRW*O)==-1){

fprintf(stderr,CreateWell_knownFIOFError!\n);

e*it(-1);/*創(chuàng)建失敗*/

}

fprintf(stderr,mkfifoOK!\n);

fprintf(stderr,ANewSeession!Imwaitingconnection...\n);loop1:/*輸出字符串*/

if((fd1=open(my_fifo,0))==-1){

fprintf(stderr,Openwell_knownFIFOforreadindError!\n);

unlink(my_fifo);/*斷鏈接*/

e*it(-2);

}

well_known_id=fd1;

tmp_id=-1;

fprintf(stderr,openmy_fifoOK!\n);

if(read(fd1,my_buf,20)!=0){

fprintf(stderr,My_buff=%s\n,my_buf);

strcpy(my_fil,file_name);

strncat(my_fil,my_buf,5);

strcpy(tmp_fil,my_fil);

}

if((pid=fork())!=0){

close(fd1);

wait();

gotoloop1;

}

fprintf(stderr,Tmp_FIFOis:%s|\n,my_fil);

if(mkfifo(my_fil,S_IRW*U|S_IRW*G|S_IRW*O)==-1){

fprintf(stderr,Createmy_fil:%sFIFOError!\n,my_fil);

e*it(-1);/*錯誤*/

}

//system(lsserver*);

if((fd2=open(my_fil,2))==-1){

fprintf(stderr,Open%sError!:%d\n,my_fil,fd2);

close(fd1);unlink(my_fifo);

e*it(-3);

授課：***

}

tmp_id=fd2;

if(write(fd2,my_buf,5)!=5){

fprintf(stderr,Write%sError!\n,my_fil);

close(fd2);close(fd1);

unlink(my_fil);unlink(my_fifo);

e*it(-4);/*退出*/

}

sleep(1);

if(read(fd2,my_tmp,5)!=5){

fprintf(stderr,read%sError!\n,my_fil);

close(fd2);close(fd1);

unlink(my_fil);unlink(my_fifo);

e*it(-5);/*退出*/

}

else{

if(strncmp(my_tmp,00000,5)!=0){

close(fd2);close(fd1);

fprintf(stderr,Filedtofinishtalkingwith%s!\n,my_fil);

unlink(my_fil);

e*it(-1);/*失敗*/

//gotoloop1;

}

else{

close(fd2);close(fd1);

fprintf(stderr,OKtotalkingwith%s!\n,my_fil);

unlink(my_fil);

//unlink(my_fifo);

e*it(0);/*勝利實現(xiàn)管道通信*/

}

}

}

voidterminate()

{

if(well_known_id!=-1){

close(well_known_id);unlink(my_fifo);

}

if(tmp_id!=-1){

close(tmp_id);unlink(tmp_fil);

}

fprintf(stderr,TheServerProgramstopedbySignal:SIGINT!\n);

e*it(0);

}

七、調(diào)試與測試

授課：***

任務(wù)一編譯方法：

編譯：

ccliulong.c

執(zhí)行：

./a.out

結(jié)果：

任務(wù)二編譯方法是：

編譯：

cc–ofifo_svrfifo_srv.c

cc–ofifo_cltfifo_client.c

執(zhí)行：

先啟動server端程序，方法為：

./fifo_svr

服務(wù)端：

再換一個終端運行client端，方法是：

授課：***

./fifo_clt

客戶端：

運行時，client只運行一次就將退出，而server端作為服務(wù)器仍將繼續(xù)運行，你再次啟動client來懇求服務(wù)。

任務(wù)一運行結(jié)果正常：管道實現(xiàn)通信

任務(wù)二運行結(jié)果涌現(xiàn)錯誤如下：

服務(wù)器運行起初正常，然后當(dāng)與客戶端建立通信時由于客戶端程序出錯，導(dǎo)致整個通信涌現(xiàn)錯誤。

授課：***

授課：

***

由客戶端引起的服務(wù)器程序運行涌現(xiàn)錯誤

當(dāng)服務(wù)器輸送文件時，打開服務(wù)器涌現(xiàn)錯誤繼續(xù)結(jié)果一樣：

客戶端程序運行涌現(xiàn)錯誤

服務(wù)器等待通信連接：

服務(wù)器程序正常運行

八、設(shè)計中遇到的問題及解決方法

在編寫無名管道前了解到pipe〔〕創(chuàng)建的管道只能實現(xiàn)父子進(jìn)程或者兄弟進(jìn)程之間的通信，但是還是遇到了以下幾個問題：1、怎樣實現(xiàn)不同子進(jìn)程互斥的訪問管道？2、是各個子進(jìn)程都寫完之后父進(jìn)程一起讀，還是在每個子進(jìn)程一寫完父進(jìn)程就立刻讀，那么怎樣去通知父進(jìn)程去讀呢？經(jīng)過查閱相關(guān)資料得知，為解決第一個問題而引入了lockf〔〕函數(shù)用于實現(xiàn)上鎖與解鎖，此函數(shù)放在讀寫之前執(zhí)行。為解決第二問題而引入sleep〔〕和wait〔〕函數(shù)用以實現(xiàn)睡眠與等待。

在編寫出名管道前經(jīng)查閱相關(guān)資料得知用mknod〔〕或者mkfifo〔〕函數(shù)調(diào)用創(chuàng)建出名管道從而實現(xiàn)在任意兩個文件間的通信，該管道可以像一般文件一樣read、write、open。由于這是個新接觸的知識，以往沒有練習(xí)過，所以涌現(xiàn)的問題較多：首先，怎樣才能實現(xiàn)客戶/服務(wù)器模式，使其可在兩個終端上交互運行？其次，怎樣掌握讀寫以及輸入輸出？經(jīng)過查閱相關(guān)資料仿照、拷貝、小組爭論即可得出基本模塊。最末運用signal(SIGINT,terminate)函數(shù)發(fā)送中斷信號退出程序。經(jīng)調(diào)試后最末可在機(jī)器上運行。

九、源程序清單

任務(wù)1

#includeunistd.h

#includesignal.h

#includestdio.h

intpid1,pid2;

main()

{

intfd[2];

charoutpipe[100],inpipe[100];

pipe(fd);

while((pid1=fork())==-1);

if(pid1==0)

{

授課：***