（二）進程的管道通信實驗
實驗目的
1、瞭解什麼是管道
2、熟悉UNIX/LINUX支持的管道通信方式
實驗內容
編寫程序實現進程的管道通信。用系統調用pipe( )建立一管道，二個子進程P1和P2分別向管道各寫一句話：
Child 1 is sending a message!
Child 2 is sending a message!
父進程從管道中讀出二個來自子進程的信息並顯示（要求先接收P1，後P2）。
實驗指導
一、什麼是管道
UNIX系統在OS的發展上，最重要的貢獻之一便是該系統首創了管道（pipe）。這也是UNIX系統的一大特色。
所謂管道，是指能夠連接一個寫進程和一個讀進程的、並允許它們以生產者—消費者方式進行通信的一個共享文件，又稱爲pipe文件。由寫進程從管道的寫入端（句柄1）將數據寫入管道，而讀進程則從管道的讀出端（句柄0）讀出數據。
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句柄fd[0]
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讀出端
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二、管道的類型：
1、有名管道
一個可以在文件系統中長期存在的、具有路徑名的文件。用系統調用mknod( )建立。它克服無名管道使用上的侷限性，可讓更多的進程也能利用管道進行通信。因而其它進程可以知道它的存在，並能利用路徑名來訪問該文件。對有名管道的訪問方式與訪問其他文件一樣，需先用open( )打開。
2、無名管道
一個臨時文件。利用pipe( )建立起來的無名文件（無路徑名）。只用該系統調用所返回的文件描述符來標識該文件，故只有調用pipe( )的進程及其子孫進程才能識別此文件描述符，才能利用該文件（管道）進行通信。當這些進程不再使用此管道時，核心收回其索引結點。
二種管道的讀寫方式是相同的，本文只講無名管道。
3、pipe文件的建立
分配磁盤和內存索引結點、爲讀進程分配文件表項、爲寫進程分配文件表項、分配用戶文件描述符
4、讀/寫進程互斥
內核爲地址設置一個讀指針和一個寫指針，按先進先出順序讀、寫。
爲使讀、寫進程互斥地訪問pipe文件，需使各進程互斥地訪問pipe文件索引結點中的直接地址項。因此，每次進程在訪問pipe文件前，都需檢查該索引文件是否已被上鎖。若是，進程便睡眠等待，否則，將其上, 鎖，進行讀/寫。操作結束後解鎖，並喚醒因該索引結點上鎖而睡眠的進程。
三、所涉及的系統調用
1、pipe( )
建立一無名管道。
系統調用格式
pipe(filedes)
參數定義
int pipe(filedes);
int filedes[2];
其中，filedes[1]是寫入端，filedes[0]是讀出端。
該函數使用頭文件如下：
#include <unistd.h>
#inlcude <signal.h>
#include <stdio.h>
2、read( )
系統調用格式
read(fd,buf,nbyte)
功能：從fd所指示的文件中讀出nbyte個字節的數據，並將它們送至由指針buf所指示的緩衝區中。如該文件被加鎖，等待，直到鎖打開爲止。
參數定義
int read(fd,buf,nbyte);
int fd;
char *buf;
unsigned nbyte;
3、write( )
系統調用格式
read(fd,buf,nbyte)
功能：把nbyte 個字節的數據，從buf所指向的緩衝區寫到由fd所指向的文件中。如文件加鎖，暫停寫入，直至開鎖。
參數定義同read( )。
四、參考程序
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
int pid1,pid2;
main( )
{
int fd[2];
char outpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd); /*創建一個管道*/
while ((pid1=fork( ))= =-1);
if(pid1= =0)
{
lockf(fd[1],1,0);
sprintf(outpipe,"child 1 process is sending message!");
/*把串放入數組outpipe中*/
write(fd[1],outpipe,50); /*向管道寫長爲50字節的串*/
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); /*從管道中讀長爲50字節的串*/
printf("%s/n",inpipe);
wait(0);
read(fd[0],inpipe,50);
printf("%s/n",inpipe);
exit(0);
}
}
}
五、運行結果
延遲5秒後顯示
child 1 process is sending message!
再延遲5秒
child 2 process is sending message!
六、思考題
1、程序中的sleep(5)起什麼作用？
2、子進程1和2爲什麼也能對管道進行操作？