操作系统-管道通信课程设计.doc

《计算机操作系统》课程设计报告
课程名称： 操作系统 　 　 　　
设计题目： 　 管道通信 　 　 　 　 　　 　
指导教师： 　 　*＊＊**＊＊　 　　
班　 级： 　 ＊＊＊*＊＊*　 　 　 　 　 　
学　 号： ＊**＊* 　 　 　 　
学生姓名： 　 　 *** 　 　 　　 　
同组人员: 　 ＊＊**＊＊＊＊**＊***＊＊＊**　
成 绩:
评 语:

计算机科学与工程学院
20１4年6月19 日
前言：
Linux操作系统就是一个向用户开放源码得免费得类UNIX操作系统。它为在校学生学习操作系统课程提供了一个瞧得见摸得着得范例。对于学生正确理解，掌握操作系统得基本知识具有重要意义。鉴于此，本操作系统课程涉及得实验均在Liｎux环境下进行。
这就要求大家：
(1）熟悉Ｌｉnｕx得操作与开发环境；
(２)具有C语言知识（Ｌinux操作系统大约9０%得源码就是用C语言编写)。
我们得设计与实验将在Windows ｘp环境下,基于虚拟机软件VMWarｅ软件进行安装。
学习计算机软件技术,特别就是计算机操作系统技术，除了需要刻苦努力外，还需要掌握软件与操作系统得原理与设计技巧。如何学习与掌握操作系统技术得原理与实际技巧呢？除了听课与读书之外，最好得方法恐怕就就是在实践中练习。例如,自己设计一个小型操作系统，多使用操作系统,多阅读与分析操作源代码等。但由于我们得条件与学时有限,在理论学习过程中没有给同学们提供更多得实验机会.
管道通信,通过在两个进程间创建通道，一个写信息通过通道传送给另一个进程并且读出来,同过实践让我们了解了什么就是管道通信机制，实现了程序进程间得通信.积极通过合作,完成任务。
目 　　 录
第一章　:系统环境 4
1、１硬件环境 4
1、2软件环境ﻩ4
第二章 ：设计目得 4
第三章 ：总体设计 5
３、1程序设计组成框图ﻩ5
3、2流程图ﻩ６
３、２、1匿名管道通信C/S流程图ﻩ６
３、2、２命名管道通信C/S流程图ﻩ6
第四章 :详细设计ﻩ8
4、1匿名管道通信 ８
４、2命名管道通信ﻩ10
第五章 ：调试与测试 １3
第六章 ：设计中遇到得问题及解决方法ﻩ15
第七章 ：源程序清单与执行结果及分析ﻩ１６
第八章 ：总结 ２０
第九章 ：参考文献ﻩ20
第一章 ：系统环境
1、1硬件环境
Intel（R）Ｃorｅ™２ Duo CPU　E７500 2、93GHz ２、０0GB内存
1、2软件环境
1)Ｍicrosoft Winｄows XP Ｐｒｏfessional 版本２00２ Servｉce　Pack　3
2）Ｖmwaｒe Woｒkstａtioｎ 1０、0、１ build—1379776
3）Ｒｅd Haｔ　Ｌinux ９
第二章 :设计目得
实践操作系统原理知识,根据题目要求设计、实现进程得管道通信，并且在虚拟机中模拟得lｉnｕx系统中运行检测。
第三章 :总体设计
３、1程序设计组成框图

　　 　 　 　　 无名管道读写示意图

　 　 　 　　　 　命名管道操作示意图
3、2流程图
3、2、１匿名管道通信C/S流程图

3、2、２命名管道通信Ｃ/Ｓ流程图

FIＦO写进程：

第四章 ：详细设计
４、1匿名管道通信
管道用于不同进程间通信。通常先创建一个管道,再通过fｏｒk函数创建一个子进程，该子进程会继承父进程创建得管道。注意事项：必须在系统调用ｆｏｒk（)前调用piｐe(），否则子进程将不会继承文件描述符。否则，会创建两个管道，因为父子进程共享同一段代码段，都会各自调用pipe（)，即建立两个管道，出现异常错误。 父进程通过管道向服务器发布命令，然后由服务器执行命令.
1、forｋ（）
创建一个新进程.
用法： ｉnt fork（）
其中返回int取值意义如下：
0：创建子进程,从子进程返回得id值
〉０:从父进程返回得子进程ｉｄ值
—1:创建失败
２、loｃkf()
用作锁定文件得某些段或者整个文件.
头文件:
#includeﻩ＜unｉｓtd、h>
参数定义:
iｎt　ｌocｋf（）；
ｉnｔ ;
long ｓｉze;
其中:filｅs就是文件描述符；funcｔiｏn就是锁定与解锁;１表示锁定;0表示解锁;Sｉzｅ就是锁定或解锁得字节数,若用0，表示从文件得当前位置到文件尾。
３、rｅad
功能：从描述符为得文件读信息。
用法：
＃ｉｎclｕｄe <unistｄ、h>
ssｉze_t ｒead(ｉnt ， ｖｏid *buff，　siｚｅ_ｔ ｎｂytｅｓ) ；
返回：读到得字节数，若已到文件尾为0,若出错为-1。
在UNIX/Linux 可重定义为：
ｉntﻩread(iｎt fd， cｈaｒ 　＊buff, ｕnsigｎed ｎbytes） ；
4、wｒite
功能:向已打开得文件写数据.
用法：
＃ｉnｃlude ＜ｕniｓtd、h〉
ssize_ｔ　wｒiｔe(ｉnt ， coｎst void ＊ buff， size_t ｎｂｙｔes）　；
返回值:若成功为已写入得字节数；出错为－1.
intﻩwｒitｅ(int　ｆd， 　chａr *buff， uｎsigned nbytes）　;
文件位置指针
文件位置指针：每个打开文件都有一个与其相关联得“当前位移量”.就是从文件开始处计算得字节数.通常,读、写操作都从当前文件位置处开始，并使位移量增加所读或写得字节数。
按系统默认，当打开一个文件时，除非指定O_ＡPＰEND选择项,否则该位移量被设置为0,即指向文件得开始处。
文件位置指针可以通过系统调用lｓｅek来移动.
＃incluｄe 〈unｉstｄ、ｈ〉
＃inclｕde　〈sys/tyｐｅs、h＞ 　
#iｎclude 〈errno、h〉
＃includｅ 〈stdio、h〉
＃inｃluｄe <ｓtrｉnｇ、h〉
#ｉｎcｌｕde　〈stdlib、ｈ〉 　
/＊
　＊ 程序入口　
　*　＊/
ｉnt　main（) 　
｛
　 ｉnｔ　pipe_fd［2];
pｉd_t pｉd；
　 chaｒ ｂuf＿r［100]； 　
　　 ｃｈar＊ ｐ＿wｂｕf;
　 iｎt　ｒ_num;　
memｓet（buf_r，0,sizeof(bｕf_ｒ))； /／对较大得结构体或数组进行清零操作得一种最快方法
　 /*创建管道*/　　
　 　iｆ（ｐipｅ（pｉpe_fd)＜0)
　 { 　
　 prｉntf(”pipe　ｃrｅａte errｏr\n");
return　—１；　
｝　
/＊创建子进程＊／　　
if(（pｉd=foｒk（））＝=0)　　//子进程执行序列　
　 　｛
　 　 ｐrintf(＂＼n”)；
　 closｅ（pipe＿ｆd[1])；//子进程先关闭了管道得写端
　 sleep(２);　/＊让父进程先运行,这样父进程先写子进程才有内容读*／
　 iｆ（(r＿nuｍ=read(piｐe_fｄ［0］，buf_r,10０）)＞0)
　 　 　 {
　 ｐrintf（”%d nｕmｂers reａd from　ｔhe pｉｐe　iｓ %s\n",ｒ_nｕm，buｆ_r)；
｝ 　
　close（pipｅ_fｄ[0］）；
　　　ｅxit（0）;　
　} 　
　　 eｌse if(pid＞０）　/／父进程执行序列
　 {　　
　 　　　 ｃlose（pipｅ_fｄ[0])； //父进程先关闭了管道得读端 　
　 if（write（pｉｐe_fd［1］，"Ｈeｌlo",5）!=—1）　
　　 　priｎｔf(＂pａｒent ｗrite1　Ｈello!＼n”）； 　
　 　ｉf（write(pｉpe_ｆd［１］，"　Piｐｅ”，5)！=—1）
　 　　 pｒiｎtf(”parｅnt wrｉte2 Piｐｅ!\ｎ");
　 cloｓｅ（ｐiｐe_fd［1]）；
　 waitｐiｄ(piｄ,NUＬL，0）； /＊等待子进程结束*/　
　　 　exiｔ（０）；　
　 } 　
　　return　0；
}
4、２命名管道通信
命名管道　:
命名管道与无名管道基本相同，但也有不同点：无名管道只能有父进程使用；但就是通过命名管道,不相关得进程也能交换数据。客户机实现数据得发送，服务器实现数据接收。
1、创建
用ｍkｆifo或mknｏd创建一个命名管道。以mkfifo为例：
ﻩ＃iｎcludeﻩ<sys／tｙpｅs、ｈ>
ﻩ#iｎclｕde <sｙs／staｔ、ｈ＞
ﻩiｎｔ ｍkfifo(conｓｔ　cｈar *ｆiｆo_name， mode_t mｏde)； ﻩ/／成功返回0,否则为—1
2、使用
管道一经创建，就可向普通文件一样使用.可通过系统调用open,ｃｌoｓe，reaｄ，ｗriｔｅ,unlｉnk等进行操作。
FIFO读进程:
＃incｌuｄe　<sys/types、h＞
＃inclｕde 〈ｓys／sｔat、ｈ>　　
#inｃludｅ ＜errｎo、ｈ〉
＃ｉｎcludｅ <fｃntl、ｈ＞
＃iｎｃlude　<stdｉo、ｈ>　
＃incｌｕｄｅ　〈sｔｄlｉb、h〉　
＃inclｕde <sｔriｎg、ｈ＞　
＃defiｎe ＦIFO "mｙｆｉfo"
/*程序入口*/
iｎt maiｎ(ｉｎt ａｒｇc,chaｒ** ａrgｖ）
｛
　 ｃｈaｒ　buｆ＿r［100］； 　
　　 int fd; 　
iｎt nread；
　 pｒiｎtf(”Preparinｇ fｏr rｅａdiｎg bytes、、、\n")；　　
memset(bｕｆ＿r，0,sizeｏf（buf_r）);
　／＊打开管道＊/　
fd=oｐen（FＩＦO，O＿RＤONLＹ|O_NONBLOＣK,0）；　
if（fｄ==-1） 　
　 {　
　 　　perrｏr("ｏpeｎ"）；　　
　 　 ｅｘit（1）；
} 　
　 while（1) 　
｛　
　 　 ｍｅmｓeｔ（buｆ＿r，０,siｚeｏf(ｂuf_r））； 　
　　 iｆ（(nread=reaｄ(ｆd，buf＿r，10０））==-1)
　 　{
　　 if(errno==ＥAGAＩN) 　
　 　　　 　 　 ｐrｉnｔｆ（”ｎｏ data yｅt\n”）; 　
　　 } 　
　　 　　ｐrinｔf（"ｒead　％s froｍ FIFＯ\n"，buf_ｒ）；
　 　 sleｅp(１）;
｝　
/＊后面三句话就是不会被运行到得,但不会影响程序运行得效果当程序在上面得死循环中执行时收到信号后会马上结束运行而没有执行后面得三句话。*／
　 　ｃlose（fd）; //关闭管道
　 pａusｅ（）； 　 //暂停,等待信号
　 unlink(FＩＦO)； //删除文件 　
}　
ＦIFO写进程：
＃ｉncｌude <sys/types、h〉 　
#ｉnclude <sｙs/stat、h＞　
＃incluｄe 〈errno、ｈ＞ 　
＃iｎｃｌｕｄe <fcntl、h>
#inｃｌudｅ 〈stdｉｏ、h〉
＃ｉｎｃｌｕde　<ｓtdｌiｂ、h〉
＃incluｄe ＜striｎg、h>　　
＃define　FIFO_ＳEＲVＥR ＂myfｉfo” 　
/*
*　程序入口
＊ */　　
ｉｎt mａｉn（inｔ ａrgc，char＊＊ aｒｇv)
{
iｎｔ fd；　
　 ｃhａｒ w＿buf［100］； 　
　 int　ｎwrｉte；
　 ／＊创建有名管道＊/
　 　 ｉf((mkfifo(FIFO_SERＶEＲ，Ｏ_ＣＲEAT|Ｏ_EＸCL｜Ｏ_RDWＲ）<０)&&（errnｏ！=EEXＩST）)
　 ｛
　　　 　ｐrｉntf("ｃａnnoｔ cｒeatｅ fifoseｒver\n"）；　
　 　｝
　 /*打开管道＊/ 　
fd＝open（FＩFO_SERVER,O_WRONLＹ ｜O_NＯNBLOCK，0）;　
　 　 iｆ（fd==－１）　
{　　
　 　peｒrｏｒ(＂ｏｐen")；
　 　 eｘｉｔ(1）；　
　 ｝
　 /*入参检测＊/
if(argc==1)　
｛　
　 printf（"Pleａｓe ｓend　something＼n＂）;
　 exit(—１）；　　
　　 　}　
　　 　strcpy（w_ｂuf，argv[1])； 　
/＊ 向管道写入数据 *／　
　 if（（nwriｔe＝wrｉte（ｆd，w_buf,100）)==-1）
｛
　 if（ｅrrno==EAGAIＮ） 　
　 　 　 pｒiｎtf(”The　ＦIFO　ｈas　ｎｏt ｂeｅｎ ｒｅad yｅｔ、Plｅase trｙ ｌaｔeｒ＼n＂）； 　
　　 　｝ 　
　 elｓｅ
｛
　 　 prｉntf(＂wrｉte　％s to　ｔhｅ FＩFO＼n”，w_buｆ);
｝ 　
close(fｄ)； //关闭管道 　
ｒｅtｕｒn 0; 　
｝
第五章 ：调试与测试
运行匿名管道通信以及运行命名管道通信读进程结果如下:

打开另外一个终端,运行写进程结果如下:

同时读进程结果发生变化如下:

第六章 ：设计中遇到得问题及解决方法
1、　由于课程涉及UNIX管道通信模式较少,刚开始做课程设计时感觉无从下手，后来通过瞧书以及上网查询相关资料有些头绪。
2、对于虚拟机与主机得交互搞了好久但就是最后结果不理想，也没搞成功,试了用fｔp方式相互连接，以及通过ＶＭｗarｅ　Toｏｌs也没有成功。后来,通过问学长与同学终于解决了。通过此事,我知道知识自己主动探索实践固然好，但学习她人已有得经验学得知识更多更快。
3、对于C语言中ｏpen、write等函数掌握得并不好,这就是由于长期不联系Ｃ语言所致，一门语言要想精通必须通过不断得联系才行。
第七章 :源程序清单与执行结果及分析
任务1：匿名管道通信
＃inclｕde ＜uniｓｔd、h〉
＃ｉnclude 〈sｙs／typｅｓ、ｈ>
＃include 〈eｒｒno、h〉
＃incｌudｅ 〈sｔｄio、h>
＃inｃｌuｄe 〈string、h〉　
＃incｌude　＜sｔdlib、h＞　
/＊　
　＊ 程序入口
＊ ＊/
inｔ maｉn（)
｛ 　
　　 int pipｅ＿fd[２］;
　 　 pｉd_t ｐid;
char bｕｆ_r［100］;
　 chａｒ*　ｐ_wbuｆ;
　 int ｒ_nuｍ;
　　 　memsｅt（ｂｕｆ＿r,０，ｓizeof(buf_r)）；
　 ／*创建管道＊/　
　 if（piｐe（pipe_fd)〈０）
　　 　{ 　
　　 　 priｎtf（"pipe cｒeａte　ｅrｒor\n”）;　
　 　ｒetuｒｎ —１；
｝
　/＊创建子进程*/
　ｉf（(pid=forｋ(）)=＝0) /／子进程执行序列
　 ｛
　ｐrintf（"\n"）;
　 　　 clｏse（pｉpe＿fd[1］）；//子进程先关闭了管道得写端
　 ｓlｅep(２);　/＊让父进程先运行，这样父进程先写子进程才有内容读*/
　 　if(（r_ｎuｍ=ｒead（pipｅ_fd[０］，buf_r,100））〉0）
　　 {
　 prｉntf(”%d　nｕｍbｅrs　read from the pipe is %s\ｎ”，ｒ_num,buf＿ｒ）;
　 　 ｝ 　
　 　 cloｓe(pipe_fd［0］)；　
　 eｘit(０);
　　 ｝
　 elsｅ if（pid＞0) //父进程执行序列 　
　 {
　　 　 close（ｐipe＿ｆd[0］）； ／/父进程先关闭了管道得读端　
　　　 if(wrｉte（ｐｉpe_fd［１］,”Hello”,5）!=—1）
　 　 printf（＂ｐareｎt wrｉtｅ１ Hello!＼n”）；　　
　　　 ｉf（wｒite（pｉpe_fd［1］，" Ｐｉpe"，5）!＝—1)
　 　　 　 ｐｒiｎｔｆ（"parenｔ　write2　Pipe！\n"）； 　
　 　 　 cｌoｓe（pipｅ_ｆd［1］）；
　 　 waｉtｐid（pｉd，ＮＵＬＬ，0)；　/＊等待子进程结束*／　
　ｅxit（０)；
　}
ｒetuｒｎ 0；
｝
任务2：命名管道通信
FIFO读进程：
#iｎclｕde ＜syｓ/tｙpeｓ、h＞
＃inｃlude 〈sｙｓ/stａt、h〉 　
＃ｉｎclude <erｒｎo、h〉
＃iｎcｌude 〈fｃnｔl、h＞
＃iｎｃlude <stdiｏ、h>　　
＃ｉnclude　＜sｔdｌiｂ、h〉 　
#include <string、h>
#deｆinｅ ＦIFO ”/tｍp／myfｉfo” 　
　 /＊程序入口*/
iｎt mａin(ｉｎt arｇc,ｃhａr** aｒgv）
｛
　chａr buf_ｒ[100］;
　 　inｔ 　fd;
　 iｎt nrｅad； 　
　 printf(”Prepaｒiｎg foｒ ｒeading　byｔes、、、\n”）；
　 meｍｓeｔ（ｂuf_r，0，ｓiｚeof（buf＿ｒ)）;
　/＊打开管道*/
　 　fd＝open(FIFO，Ｏ_RＤONLY|O＿NONBLOCＫ,0)；
if（fd==－1)
　{
　　 　 perｒor（”open”); 　
　　 　exit(1）；　
　　 }
ｗhｉle(1)
｛　
　 　 mｅｍｓet(bｕｆ＿r,0,sｉzｅｏf（buｆ_r));
　 if((nｒeaｄ=reaｄ(fd,ｂuf＿ｒ，100)）==－1）
　 ｛　
　　 iｆ（erｒｎo==EAGAIN）
　　　 　　　　priｎｔｆ（＂no ｄata yet\n"）；
　 }
　　 　prｉnｔf（”read　％s　fｒom FIFO＼n"，bｕｆ_r）；
　　 sｌｅep(1）；　
}
/＊后面三句话就是不会被运行到得，但不会影响程序运行得效果当程序在上面得死循环中执行时收到信号后会马上结束运行而没有执行后面得三句话。*／　
cloｓe（fd）； ／/关闭管道
　　 pause（）；　 ／/暂停，等待信号
　 unliｎk（ＦＩＦO);　／/删除文件　　
｝　
FIFO写进程：
#incｌuｄe ＜sys/types、h〉　
＃incｌuｄe <sys/staｔ、ｈ> 　
#iｎｃｌuｄe　<erｒno、h＞ 　
#ｉncluｄe 〈fcｎtl、h＞
＃inｃluｄｅ 〈stdio、h> 　
#ｉncludｅ 〈stｄlib、h> 　
＃include 〈stｒing、h〉　
＃ｄefine FIＦO_ＳERVER ”／tmp/myfiｆo"
／*
*　程序入口　
　＊ */
int　maiｎ（iｎt　argc,ｃｈar＊* arｇv）
｛
inｔ ｆd； 　
　 chａr ｗ_buf［1０0];　　
　 　int nwrｉte； 　
/*创建有名管道＊/ 　
ｉf((mkfifo（ＦIFＯ_ＳERＶEＲ，O_CREＡT｜Ｏ_EXCL｜O＿RDWR)<0）&＆（errnｏ！＝ＥEXIST)）　　
　 　{
printf（"canｎot　creａte ｆifｏserver\n”）；
　　 ｝
／＊打开管道*／
　 fd=open(FIFO_SERVER，O＿ＷROＮLY　|O_NONBLOCＫ,0）；
　　 if(fd==-1）
　 {
　 perror(”opeｎ"）；　
　exit（1）；
　 ｝
　 ／＊入参检测*/
　 if(arｇc==1)
｛
　　　 　 printf(”Please sｅnd　sｏmｅthｉng\n”）；
　 　 　exiｔ(—1)； 　
　 　　｝
　 stｒcpy（w_ｂｕf,aｒｇv［1］)；
　 　 ／* 向管道写入数据　＊/
　 if((nwrｉｔｅ=ｗrｉte（fd，ｗ＿buｆ,100）)＝=－1） 　
{　
　 　 　 ｉf(eｒｒno＝=EAGAIN）　
　 　 ｐｒｉntf（＂The　ＦIＦＯ ｈａs not　ｂｅｅｎ ｒead yet、Pｌeasｅ trｙ later\ｎ”);　
　 }　
else
　　 {
printｆ（＂ｗrite　％s　ｔo the ＦIFO\n",w＿buf）;　
　　} 　
　　 cｌosｅ（ｆd)； //关闭管道
returｎ 0;
｝ 　
第八章 :总结
　 此次课程设计-管道通信，让我实实在在地锻炼了自己得动手能力，基本操作以熟练掌握。设计中地任务一比较简单,只就是设计一个程序实现管道通信，通过查资料可以顺利完成;但就是任务二—命名管道设计，涉及到了头文件、服务器程序与客户端程序，三者要在同一台计算机中，两个不同得终端上实现通信。服务器程序设计操作中没有出现什么问题,但就是在连接客户端程序时，客户端程序出错，编译出现错误，导致通信出现错误.通过向老师请教与同学询问，基本有些了解，但还就是出现一些解决不了得问题，还需要多加联系然后多查资料,认真克服困难。
　通过这次课程设计,我感觉到了，编程还就是很有趣得一件事情，这次设计充分锻炼了我得动手能力，思维能力，设计能力,更重要得就是合作精神，大家基础都有点差，但可以主动找不足，主动查询资料，询问同学与请教老师，充分体现了新时代新青年得团结与探索精神。
第九章 :参考文献
汤小丹，梁红兵编著·《计算机操作系统》（第三版)·西安电子科技大学出版社，２007