管道和socket编程.docx

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管道和socket编程

管道和socket编程

《Unix/linux操作系统》

课程实验报告

专业

计算机系统结构

班级

（1）班

学号

1303210015

学生姓名

刘贺鹏

指导教师

陈老师

学期

2013-2014学年第2学期

完成日期

2014-6-10

实验内容

一、小议管道

Ø原理分析

如下图进程间通信

管道是一种最基本的IPC机制，由pipe函数创建：

调用pipe函数时在内核中开辟一块缓冲区（称为管道）用于通信，它有一个读端一个写端，然后通过fd参数传出给用户程序两个文件描述符，fd[0]指向管道的读端，fd[1]指向管道的写端（很好记，就像0是标准输入1是标准输出一样）。

所以管道在用户程序看起来就像一个打开的文件，通过read（fd[0]）;或write（fd[1]）;向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。

pipe函数调用成功返回0，调用失败返回-1。

 intpipe（intfd[2]）中的两个文件描述符被强制规定fd[0]只能指向管道的读端，如果进行写操作就会出现错误；同理fd[1]只能指向管道的写端，如果进行读操作就会出现错误。

开辟了管道之后如何实现两个进程间的通信呢？

比如可以按下面的步骤通信。

 1.父进程调用pipe开辟管道，得到两个文件描述符指向管道的两端。

2.父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

3.父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。

父进程可以往管道里写，子进程可以从管道里读，管道是用环形队列实现的，数据从写端流入从读端流出，这样就实现了进程间通信。

Ø程序代码解析

运行结果如下:

二、bc/dc通信

Ø对于tinybc.c的分析

这段程序涉及到pipe、fork、dup2、exec这几个函数。

下图显示了内核将用户连接到bc并将bc连接到dc的数据连接。

该段程序主要流程是"创建两个管道"→"创建子进程用来运行并重定向标准输入和标准输出到管道，然后运行execdc"→"父进程读取并分析用户的输入，将命令传给dc，dc读取响应,并把响应传给用户"。

下图是该段程序的流程图：

首先父进程从标准输入stdin向管道todc[1]端写入数据、子进程从todc[0]端读入数据（重定向后todc[0]端相当于子进程的stdin）并用dc-计算todc[0]端读入的数据、计算的结果从fromdc[1]端写入管道（重定向后from[1]端相当于子进程的stdout、最后父进程从from[0]端读取数据并输出。

Ø运行效果

在tinydc.c中使用了库函数fdopen。

它与fopen类似，返回一个FILE*类型的值，不同的是此函数以文件描述符而非文件作为参数。

使用fopen的时候，将文件名作为参数传给它。

fopen可以打开设备文件也可以打开常规的磁盘文件。

如只知道文件描述符而不清楚文件名的时候可以使用fdopen命令。

三、socket编程。

Øsocket通信基本流程图如下：

Ø源代码分析

服务端主要是，创建socket、绑定IP和端口、监听、接受连接、处理数据包、关闭连接。

客户端则主要是，创建socket、连接到服务器、发送请求、关闭连接。

echo客户端代码如下：

echo服务端代码如下：

Ø实验结果

需要注意的是：

内存中存储字节有两种方式，一种是小端字节序（低序字节储存在起始地址），第二种是大端字节序（高位字节存储在起始地址）。

而且这两种字节序都有在使用。

当两台机器通信时，为了避免字节序之间转换问题，系统提供了4个函数

四、实验环境

在Vmware10.0下的Ubuntu12.04系统。

五、实验心得

通过本次实验让我更加熟悉了管道的功能、socket通信机制。

之前一直没明白为什么在这里父进程要关闭管道读端，并且子进程要关闭管道写端，想了很久终于想通了...，原因如下：

因为上面的这个程序是要模拟父进程和子进程的管道读写操作，其中父进程用于向管道中写入数据，子进程用于向管道中读取数据，因此开始要关闭父进程的读文件描述符fd[0],以及关闭子进程的写文件描述符fd[1]，这是为了模拟这个过程。

       然后至于为什么父进程关闭管道的读文件描述符fd[0]后子进程还能读取管道的数据，是因为系统维护的是一个文件的文件描述符表的计数，父子进程都各自有指向相同文件的文件描述符，当关闭一个文件描述符时，相应计数减一，当这个计数减到0时，文件就被关闭，因此虽然父进程关闭了其文件描述符fd[0]，但是这个文件的文件描述符计数还没等于0，所以子进程还可以读取。

也可以这么理解，父进程和子进程都有各自的文件描述符，因此虽然父进程中关闭了fd[0]，但是对子进程中的fd[0]没有影响。

socket允许在不相关的进程间创建类似管道的连接，甚至可以通过socket连接其他主机上的进程。

socket通信机制的步骤是向内核请求建立socket、与服务器相连、传送数据、挂断。