Linux系统中进程间的管道通信与同步互斥实现

"进程管道通信是操作系统中进程间通信的一种方式，主要涉及进程的概念、创建、并发执行、互斥与同步。在这个实验中，通过使用Linux系统调用pipe()创建管道，然后用fork()创建两个子进程，这两个子进程会并发地向管道写入消息，而父进程则负责读取并显示这些消息。为了实现管道的互斥使用，使用了lockf()函数进行加锁和解锁操作。同时，还实现了父子进程间的同步，确保父进程在管道为空时能够等待，直到子进程写入数据后再继续执行。" 实验中强调的几个关键知识点如下： 1. **进程与程序的区别**：进程是程序的一次执行实例，拥有独立的内存空间和状态，而程序是静态的代码集合。 2. **进程的创建与并发执行**：通过`fork()`系统调用可以创建新的进程，多个进程可以并发执行，表现出多任务并行的特性。 3. **管道通信**：`pipe()`系统调用用于创建管道，它提供了一种单向数据流通信方式。管道中的数据会被所有拥有该管道读取权限的进程共享，但是一次只有一个进程可以写入。 4. **互斥访问**：为了防止两个进程同时写入管道，可以使用`lockf()`系统调用来加锁和解锁。当一个进程在写入时，其他试图写入的进程会被阻塞，直到写入完成并解锁。 5. **同步机制**：在父子进程之间，使用管道通信时，需要同步操作以避免不必要的等待或数据丢失。例如，当父进程尝试从管道中读取数据时，如果管道为空，则父进程应进入等待状态。当子进程写入数据并完成时，会唤醒等待的父进程。 6. **程序流程**：父进程首先创建管道，接着创建两个子进程。每个子进程向管道写入特定的消息，然后父进程读取并显示消息。在写入和读取过程中，通过加锁和解锁保证管道的正确使用，以及同步控制父子进程的行为。 7. **数据结构**：通常包括管道描述符数组（如`fd[2]`）、读写缓冲区（如`bufread`和`bufwrite`），以及必要的变量来跟踪进程状态。 8. **程序源代码**：包含了`fork()`, `pipe()`, `lockf()`, `read()`, `write()`等系统调用的使用，以及错误处理和流程控制。 这个实验不仅提供了理论知识，还要求实践操作，有助于理解进程间的通信机制和并发编程中的同步与互斥问题。通过这个实验，学习者能够深入掌握Linux环境下进程通信的基本方法和技巧。