Linux实验六：进程间通信深度解析（续）

本实验通过CentOS 7系统，深入讲解Linux进程间通信（IPC）, 重点使用管道(pipe)实现父子进程间的单向数据传输。实验内容包括：创建管道，利用fork()创建子进程，父进程通过write()向管道写入"学号:XXX\n姓名:XXX"信息，子进程则通过read()读取并打印接收到的信息。 实验最终完成了父子进程间的通信，并成功处理了潜在的僵尸进程问题，加深了对pipe、fork、read、write等系统调用的理解，以及进程间通信机制的掌握。 通过本实验，读者将掌握Linux下进程间通信的基本方法，并能有效避免常见错误。

一、实验目的

1、理解 POSIX 和 System V 提供的 IPC 相关概念； 2、理解管道所使用的文件描述符数组如何实现父子进程间的通信； 3、掌握 IPC 常用的函数，如 pipe，mkfifo 等。

二、实验内容 根据应用需要，父进程A需向子进程B传输消息 “Message here”，请使用管道技术完成此功能。

三、实验环境 虚拟机软件：VMware 16 Pro Linux操作系统版本：CentOS-7-64位

四、参考代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
<p>int main(int argc, char* argv[]) {
pid_t pid;
int fds[2];
char buf[256];
const char data[] = "Message here!";
int len = 0;</p><pre class="brush:php;toolbar:false"><code>memset((void*)buf, 0, sizeof(buf));

// create pipe
if (pipe(fds) == 0) {
    if ((pid = fork()) == 0) {
        close(fds[1]);
        if ((len = read(fds[0], buf, strlen(data))) != -1) {
            printf("B read from A:%s!\n", buf);
        }
        close(fds[0]);
        exit(0);
    } else if (pid &gt; 0) {
        close(fds[0]);
        if ((len = write(fds[1], data, strlen(data))) != -1) {
            printf("A write to B:%s!\n", data);
        }
        close(fds[1]);
        waitpid(pid, NULL, 0);
        exit(0);
    } else {
        printf("Create process error!\n");
        exit(-1);
    }
} else {
    printf("Create pipe error!\n");
    exit(-1);
}</code>

}

五、实验步骤 步骤1. 编辑源代码test6.c 源代码test6.c内容见上述参考代码。

这段代码是一个简单的父子进程间通信的例子，使用了Linux系统调用中的管道（pipe）和进程创建（fork）。

在main函数中，定义了一些变量，包括一个pid_t类型的pid变量用于存储进程ID，一个整型数组fds用于存储管道的文件描述符，一个字符数组buf用于存储读取的数据，一个常量字符数组data存储要写入管道的数据，以及一个整型变量len用于存储读取或写入的字节数。 使用memset将buf数组初始化为0，以确保没有垃圾数据残留。 调用pipe函数创建管道，如果失败，则打印错误信息并退出程序。 调用fork函数创建子进程。如果fork返回值为0，表示当前代码正在子进程中执行；如果大于0，表示当前代码正在父进程中执行；如果返回-1，表示创建进程失败。 如果在子进程中，关闭了fds数组的写端（fds[1]），然后通过read函数从管道的读端（fds[0]）读取数据到buf数组中，并打印读取的数据。 如果在父进程中，关闭了fds数组的读端（fds[0]），然后通过write函数将data数组中的数据写入管道的写端（fds[1]），并打印写入的数据。 在父进程中调用waitpid函数等待子进程退出。 父子进程均关闭了管道的相应端口，并退出程序。 这段代码实现了父子进程间的单向通信，父进程向子进程写入数据，子进程读取并打印收到的数据。

步骤2. 编译源代码test6.c

gcc test6.c -o test6 -g

步骤3. 运行可执行程序test6

./test6

步骤4. 进一步调试源代码test6.c （1）将父进程发给子进程的消息“Message here”，改为发送：自己的学号和姓名（使用 \n 分隔）；

pid_t pid;
int fds[2];
char buf[256];
const char data[] = "\n学号:123456789\n姓名:zhc";
int len = 0;

（2）子进程运行结束前，输出“子进程在这里结束\n”；

if ((pid = fork()) == 0) {
close(fds[1]);
if ((len = read(fds[0], buf, strlen(data))) != -1) {
printf("B read from A:%s!\n", buf);
}
close(fds[0]);
printf("子进程在这里结束\n");
}

（3）父进程运行结束前，输出“父进程结束\n”。

else if (pid > 0) {
close(fds[0]);
if ((len = write(fds[1], data, strlen(data))) != -1) {
printf("A write to B:%s!\n", data);
}
close(fds[1]);
waitpid(pid, NULL, 0);
printf("父进程结束\n");
exit(0);
}

再重新编译test6.c，并运行可执行文件test6。结果如下图所示：

六、实验结果 调试后的最终源代码test6.c：

#include <stdio.h><h1>include <stdlib.h></h1><h1>include <string.h></h1><h1>include <unistd.h></h1><h1>include <sys/types.h></h1><h1>include <sys/wait.h></h1><p>int main(int argc, char* argv[]) {
pid_t pid;
int fds[2];
char buf[256];
const char data[] = "\n学号:123456789\n姓名:zhc";
int len = 0;</p><pre class="brush:php;toolbar:false"><code>memset((void*)buf, 0, sizeof(buf));

// create pipe
if (pipe(fds) == 0) {
    if ((pid = fork()) == 0) {
        close(fds[1]);
        if ((len = read(fds[0], buf, strlen(data))) != -1) {
            printf("B read from A:%s!\n", buf);
        }
        close(fds[0]);
        printf("子进程在这里结束\n");
        exit(0);
    } else if (pid &gt; 0) {
        close(fds[0]);
        if ((len = write(fds[1], data, strlen(data))) != -1) {
            printf("A write to B:%s!\n", data);
        }
        close(fds[1]);
        waitpid(pid, NULL, 0);
        printf("父进程结束\n");
        exit(0);
    } else {
        printf("Create process error!\n");
        exit(-1);
    }
} else {
    printf("Create pipe error!\n");
    exit(-1);
}</code>

}

实验运行结果如下图所示。

七、实验总结 通过这次实验，我对进程间通信和Linux系统调用有了更深入的认识。这个简单的例子展示了如何使用管道（pipe）和进程创建（fork）来实现父子进程之间的通信，同时也揭示了一些潜在的问题和注意事项。

首先，我对管道的理解得到了加深。管道是一种进程间通信的机制，它可以在父子进程之间传递数据。在这个例子中，通过调用pipe函数创建了一个管道，它返回了两个文件描述符，分别用于读取和写入数据。这种单向的通信方式确保了数据的顺序性和可靠性。

其次，我对进程创建（fork）有了更清晰的认识。fork函数用于创建一个新的进程，新的进程是调用进程的副本，但有着不同的进程ID。在这个例子中，通过fork函数创建了一个子进程，子进程和父进程共享了文件描述符表，但各自有独立的内存空间，因此可以通过管道进行通信。

在实验过程中，我也遇到了一些问题。例如，父进程在写入数据后调用了waitpid函数等待子进程退出，这样可以确保子进程在父进程之后退出，防止出现僵尸进程。另外，在子进程中读取数据时，我发现可以使用read函数的返回值来判断是否成功读取数据，这样可以更加健壮地处理错误。

通过这个实验，我不仅加深了对进程间通信和Linux系统调用的理解，还学会了如何使用管道和进程创建来实现简单的父子进程通信。我相信这些知识将在未来的编程实践中发挥重要作用，让我能够更加高效地编写并理解涉及进程间通信的程序。

本篇关于《Linux实验六：进程间通信深度解析（续）》的介绍就到此结束啦，但是学无止境，想要了解学习更多关于文章的相关知识，请关注golang学习网公众号！