【操作系统】进程的控制和通信

文章目录

一. 实验目的
二. 实验内容
三. 实验步骤
四. 实验结果

一. 实验目的

（1）加深对进程概念的理解，进一步认识并发执行的实质。
（2）掌握Linux 操作系统中进程的创建和终止操作。
（3）理解进程间通信的概念和方法。
（4）掌握常用的Linux 进程间通信的方法。

二. 实验内容

（1）编写一个C程序，并使用系统调用fork()创建一个子进程。要求如下：

① 在子进程中分别输出当前进程为子进程的提示、当前进程的PID 和父进程的PID、根据用户输入确定当前进程的返回值、退出提示等信息。
② 在父进程中分别输出当前进程为父进程的提示、当前进程的PID 和子进程的PID、等待子进程退出后获得的返回值、退出提示等信息。

（2）编写C程序，使用Linux中的IPC机制，完成 “石头、剪子、布”的游戏。

三. 实验步骤

（1）编写一个C程序，并使用系统调用fork()创建一个子进程。

程序设计

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t childpid;int retval;int status;childpid=fork();if(childpid==0) // 子进程{printf("CHILD: I am the child process\n");printf("CHILD: My PID: %d\n", getpid());printf("CHILD: My parent's PID: %d\n", getppid());printf("CHILD: The value of fork return is: %d\n", childpid);printf("CHILD: Sleep for 1 second ..\n");sleep(1);printf("CHILD: Enter an exit value (0~255):");scanf("%d",&retval);printf("CHILD: Goodbye!\n");exit(retval);}else if(childpid>0) // 父进程{printf("PARENT: I am the parent process\n");printf("PARENT: My PID: %d\n", getpid());printf("PARENT: my child's PID:%d\n", childpid);printf("PARENT: I will now wait for my child to exit.\n");wait(&status);printf("PARENT: child's exit code is:%d\n",WEXITSTATUS(status));printf("PARENT: Goodbye\n");exit(0);}else // 错误处理{perror("fork error\n");exit(0);}return 0;
}

程序分析

该程序展示了一个父子进程之间的通信方式。它使用了fork()函数创建了子进程并在子进程中输出一些信息，最后子进程通过exit()函数返回一个退出值。在父进程中，它等待子进程的退出并通过wait()函数获取子进程退出的状态码。
首先是fork()函数的调用，它会返回一个值，该值有不同的含义：

返回值为0时，表示当前进程是子进程。
返回值大于0时，表示当前进程是父进程，返回值为子进程的PID。
返回值小于0时，表示创建进程失败。

在子进程中，它会输出一些信息，包括它自己的PID和父进程的PID，以及fork()函数的返回值。然后，它会等待1秒钟，让父进程有时间执行并输出信息。接下来，它通过scanf()函数读取一个退出值，并通过exit()函数返回。
在父进程中，它会输出自己的PID和子进程的PID，并等待子进程退出。它通过wait()函数获取子进程退出时的状态码。wait()函数会阻塞当前进程，直到任意一个子进程退出。如果不关心哪个子进程退出，可以使用wait(NULL)。在该程序中，使用了&status来获取子进程退出的状态码，并通过WEXITSTATUS(status)函数获取子进程通过exit()函数返回的退出值。
最后，父进程输出子进程的退出值，并通过exit()函数退出进程。
总的来说，该程序展示了fork()函数创建子进程、子进程的输出、父进程等待子进程退出和获取子进程退出的状态码等基本操作。

（2）编写C程序，使用Linux中的IPC机制，完成 “石头、剪子、布”的游戏。

程序设计

#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>struct Game
{int Round;long Type;	
};void result_send(int num)
{struct Game game;game.Type=1;game.Round= rand()%3;int ret=-1;ret=msgsnd(num,&game,sizeof(int),0);printf("%d msgsnd %d return %d\n",num,game.Round,ret);}int result_announce(int a,int b)
{if ((a+1==b) ||(a-2==b))return -1;else if(a==b)return 0;elsereturn 1;
}void writefile(int *result_list,int len)
{int count_A=0;int count_B=0;int pingju=0;FILE *fin;fin=fopen("result.txt","w");if(fin==NULL) printf("This file wasn't opened");int i;for(i=0;i<len;i++){switch(result_list[i]){case -1:count_A++;fprintf(fin,"No.%d: A win\n",i+1);printf("No.%d: A win\n",i+1);break;case 0:pingju++;fprintf(fin,"No.%d: end in a draw\n",i+1);printf("No.%d: end in a draw\n",i+1);break;case 1:count_B++;fprintf(fin,"No.%d: B win\n",i+1);printf("No.%d: B win\n",i+1);break;}}printf("\nThe final result is A win:%ds \nB win:%ds \nend in a draw %ds\n",count_A,count_B,pingju);fprintf(fin,"\nThe final result is A win: %ds \nB win: %ds \nend in a draw %ds\n",count_A,count_B,pingju);fclose(fin);
}int main()
{int times;int key1=1234;int key2=5678;int *result_list;pid_t pid1,pid2;int msgid1,msgid2;msgid1=msgget(key1,IPC_CREAT | 0666);msgid2=msgget(key2,IPC_CREAT | 0666);if(msgid1==-1){fprintf(stderr,"failed with error");exit(EXIT_FAILURE);}if(msgid2==-1){fprintf(stderr,"failed with error");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Game start, please input rounds:");scanf("%d",&times);printf("times=%d\n",times);result_list=(int*)malloc(times*sizeof(int));int i;for(i=0;i<times;i++){printf("********i=%d********\n",i);pid1=fork();if(pid1==0){//printf("in pid1:\n");int pid=getpid();printf("pid of pid1 is %d\n",pid);srand((unsigned)time(0)*3000);result_send(msgid1);exit(11);}pid2=fork();if(pid2==0){//printf("in pid2:\n");int pid=getpid();printf("pid of pid2 is %d\n",pid);srand((unsigned)time(NULL)*i);result_send(msgid2);exit(22);}if(pid1<0 || pid2<0){fprintf(stderr,"Fork Failed");printf("Fork failed!!");exit(-1);}else{//printf("in else before wait:\n");int status1,status2;			wait(&status1);//printf("wait1 ok, status1=%d\n",WEXITSTATUS(status1));wait(&status2);//printf("wait2 ok, status2=%d\n",WEXITSTATUS(status2));struct Game game1,game2;msgrcv(msgid1,&game1,sizeof(game1)-sizeof(long),0,0);printf("%d rcv %d ok\n",msgid1,game1.Round);msgrcv(msgid2,&game2,sizeof(game2)-sizeof(long),0,0);printf("%d rcv %d ok\n",msgid2,game2.Round);int j=result_announce(game1.Round,game2.Round);result_list[i]=j;printf("result_announce is %d.\n",j);}}//end forwritefile(result_list,times);if(msgctl(msgid1,IPC_RMID,0)==-1)fprintf(stderr,"msgctl(IPC_RMID) failed\n");if(msgctl(msgid2,IPC_RMID,0)==-1)fprintf(stderr,"msgctl(IPC_RMID) failed\n");exit(EXIT_SUCCESS);
}

程序分析

该程序是一个石头剪刀布游戏的模拟，通过使用进程间通信机制实现了两个进程间的交互。程序创建了两个消息队列，分别用于进程1和进程2向其父进程发送消息，父进程接收消息并比较得出游戏结果，然后输出到文件中。以下是程序的详细分析：

首先定义了一个结构体Game，用于存储比赛的轮数和玩家出的手势，可以看作一个消息的格式。游戏结果用一个int型数组result_list来存储，其中0表示平局，-1表示A胜利，1表示B胜利。然后是result_send函数，它用于向指定的队列发送一条Game类型的消息。随机产生一个0~2的整数表示玩家出的手势，并设置Type为1表示这是来自进程1的消息。返回值表示发送操作是否成功。
result_announce函数用于比较两个玩家出的手势，返回值为0表示平局，-1表示A胜利，1表示B胜利。
writefile函数用于将游戏结果写入文件result.txt中，同时输出到控制台。其中count_A、count_B、pingju分别表示A胜利的次数、B胜利的次数和平局的次数。

在主函数中，首先创建了两个消息队列，然后询问玩家要进行多少轮游戏，并分配result_list数组的大小。进入for循环后，创建了两个子进程pid1和pid2，分别代表进程1和进程2。
在子进程中，通过调用srand()和result_send()函数来随机选择手势，然后向父进程所绑定的消息队列中发送一条消息。为了让每次产生的随机数不同，可以使用时间函数time()和进程id组合生成随机数的种子。
在父进程中，首先通过wait()函数等待子进程1和子进程2都结束，并获取它们退出时的状态值。然后使用msgrcv()函数从消息队列中接收子进程所发出的消息，也就是两个玩家出的手势。
接下来，调用result_announce()函数比较两个玩家出的手势，获取比赛结果，并将得到的结果保存到result_list数组中。
当所有的比赛都结束后，调用writefile()函数来输出结果到result.txt文件中，并输出到控制台。同时，通过msgctl()函数删除之前创建的两个消息队列。