进程通信探索：管道与共享存储在父子进程间的应用

"本次实验主要关注于进程通信，特别是管道和共享存储区这两种通信机制的使用。通过实验，学生将掌握如何在Unix/Linux环境中利用系统调用来实现进程间通信，如pipe()、shmget()、shmat()、shmdt()和shmctl()。实验分为两个部分：首先，使用管道实现父子进程间的通信；其次，通过共享存储区进行同样的通信操作。" 在计算机操作系统中，进程通信是多进程协同工作的重要手段。管道（Pipe）是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，且只能在具有亲缘关系的进程间使用。在Linux中，通过`pipe()`函数可以创建一个管道，它返回两个文件描述符，分别代表管道的读端和写端。父进程通常会关闭写端，子进程关闭读端，从而确保数据只能从子进程流向父进程。 实验的第一个任务是使用管道实现父子进程间的通信。在这个例子中，子进程利用`fork()`创建，它将自身的进程ID和特定字符串写入管道，然后父进程读取这些信息并打印出来。子进程使用`sprintf()`格式化字符串，`write()`函数将内容写入管道，而父进程则使用`read()`函数从管道中读取数据。 共享存储区是一种更灵活的通信方式，允许多个进程共享同一块内存区域。在Unix/Linux中，`shmget()`用于获取或创建共享内存，返回一个共享内存标识符。`shmat()`将这个标识符映射到进程的地址空间，使得进程可以直接访问这部分内存。`shmdt()`则用于解除共享内存的映射，`shmctl()`则提供了对共享内存的管理和控制，例如删除、改变权限等。 实验的第二个任务是利用共享存储区实现通信。父进程先创建一个512字节的共享内存，然后写入数据。子进程附加到这个共享内存，读取并写入数据。这种通信方式比管道更为高效，因为数据可以直接在内存中交换，而无需通过内核的I/O操作。 通过这两个实验，学生不仅可以了解进程通信的基本概念，还能实际操作这些通信机制，加深对操作系统底层工作原理的理解。这有助于提高学生的编程技能，特别是在设计和实现多进程系统时，能够灵活选择和应用适当的通信方法。