操作系统上机实验报告——进程间的管道通信
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简介：
本实验报告探讨了在操作系统课程中通过管道实现进程间通信的方法和技术，分析了数据交换过程中的同步机制和相关问题。
### 实验目的
1. 深化对进程概念的理解，并明确进程与程序的区别。
2. 进一步了解并发执行的本质。
3. 分析进程中资源争用的现象，学习解决进程互斥的方法。
4. 学习如何处理进程同步的问题。
5. 了解Linux系统中实现进程间通信的基本原理。
### 内容及要求
这是一个设计型实验，需要自行编写程序。具体任务为：使用`pipe()`系统调用来建立一条管道；两个子进程分别向管道写入一句话：“Child process1 is sending a message!”和“Child process2 is sending a message!”；父进程从该管道读取并显示来自两个子进程的信息。
要求如下：
1. 父进程先接收第一个子进程发送的消息，然后才接受第二个子进程发来的消息。
2. 实现对管道的互斥访问：当一个子进程正在向管道写入数据时，另一个必须等待。使用`lockf(fd[1], 1, 0)`来加锁，并用`lockf(fd[1], 0, 0)`解锁。
3. 父子进程同步：在子进程将信息写入管道后进入睡眠状态；当父进程尝试从空的管道读取数据时，同样需要等待直到有新的数据到来。
### 相关系统调用
- `fork()`用于创建一个新进程。返回值为0表示当前是子进程，非零则代表父进程中的新子进程ID。
- `wait()`允许父进程暂停执行直至其某个或某些子进程结束。
- `exit()`用于终止程序运行，并传递退出状态给操作系统。
- `pipe()`用来建立一个管道以实现父子进程间的通信。返回值为0表示成功，否则是失败标志。
- `sleep(int t)`使调用者睡眠指定的秒数。
- `lockf(fd[1], 1, 0)`和`lockf(fd[1], 0, 0)`分别用于锁定及解锁管道写端口。
- 数据传输函数：通过`write(fd[1], String, Length)`向管道写数据，以及从管道读取信息到字符串中采用`read(fd[0], String, Length)`。
### 程序流程
#### 父进程
1. 创建一个管道；
2. 分别创建两个子进程（编号为1和2）；
3. 首先等待并接收第一个子进程发送的信息，并显示在屏幕上；
4. 接着，从第二个子进程中读取信息并在屏幕展示；
5. 最后程序结束。
#### 子进程
1. 对管道写入端口加锁以防止数据冲突。
2. 准备好要传递的消息（Child process n is sending message!）并将其存储到变量`OutPipe`中，其中n表示子进程编号。
3. 将消息通过管道发送出去；
4. 进行一段时间的睡眠等待；
5. 解锁写入端口，并结束程序。
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