Windows进程间利用管道通信

news2024/10/7 4:32:50

实验一

一、实验内容或题目：

在父进程中创建一个子进程，并建立一个管道，子进程向管道中写入一个字符串，父进程从管道中读出字符串。

二、实验目的与要求：

利用CRT相关接口，学习在父子进程间实现管道通信。

三、实验步骤（以windows和Visual Studio为例）：

1、建立解决方案和项目（略）
2、参照课本3.7.5章节的例1，利用CRT LIB提供的相似性接口，实现相同的功能（使用Linux的同学调用相应的接口）
3、CRT相关api：_pipe, _spawn, _cwait, _read, _write。示例代码可以参照 ：https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/c-runtime-library/reference/pipe?view=msvc-160

四、实验结果：

1）对示例代码的详细批注
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <io.h>
#include <fcntl.h>
#include <process.h>
#include <math.h>

enum PIPES { READ, WRITE };
#define NUMPROBLEM 8

int main(int argc, char* argv[])
{
    int  i;
    int fdpipe[2];
    char hstr[20];
    int pid, problem, c;
    int termstat;
    //如果是父进程argc则会等于1，子进程则等于2、3...
    if (argc == 1)
    {
        //定更改流输出流没有缓冲罐
        setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);

        //fdpipe:两个指针，用于保存读和些写描述
        if (_pipe(fdpipe, 256, O_BINARY) == -1)
            exit(1);

        //_itoa_s:将整数转换成字符串的函数，让fdpipe[READ]可以存入字符串，使得管道可以存放传输字符串
        _itoa_s(fdpipe[READ], hstr, sizeof(hstr), 10);

        //_spawnl:创建子进程,启动子进程再次执行main()
        if ((pid = _spawnl(P_NOWAIT, argv[0], argv[0], hstr, NULL)) == -1)
            printf("Spawn failed");

        for (problem = 1000; problem <= NUMPROBLEM * 1000; problem += 1000)
        {
            printf("From parent：the number is %d\n", problem);
            //向fdpipe[WRITE]写入数据problem
            _write(fdpipe[WRITE], (char*)&problem, sizeof(int));

        }
        printf("dsa");
        //等待子进程结束，回收子进程
        _cwait(&termstat, pid, WAIT_CHILD);
        if (termstat & 0x0)
            printf("Child failed\n");
        _close(fdpipe[READ]);
        _close(fdpipe[WRITE]);

    }
    else
    {
        //atoi：将参数转换为整数
        fdpipe[READ] = atoi(argv[1]);
        for (c = 0; c < NUMPROBLEM; c++)
        {
            _read(fdpipe[READ], (char*)&problem, sizeof(int));
            printf("From child, the number is %d\n", problem);
        }
    }
}

2）由于持续报这个错误，或者无法运行，网上资料太少，官网的解释也没能太看懂，调试了几天，依然未能够解决，放弃了使用_sprawl（createProcess只是在创建子进程时比它能控制更多东西）。目前只能实现父给子传（官网例子），无法实现子给父传。
在这里插入图片描述
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3）最后下载了Cygwin，该软件可以在Windows上仿真Linux操作系统，将其整合在了DEV C++中，使用Linux相关操作完成本实验。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int main() 
{
	//两个文件描述符 ,fd[0]指向管道的读端(将fd文件传送到buf所指内存中),fd[1]指向管道的写端（将buf所指内存存入fd中） 
   	int pipefds[2];  
   	int status;
   	int pid;
   	char writemessage[40];
   	char readmessage[40];
    
   	status = pipe(pipefds);
   	if (status == -1) 
	{
      	printf("Failed to create pipe");
      	return 0;
   	}
   
   	//创建子进程 
   	pid = fork();
   	
   	if (pid == 0) 
	{
   		//子进程 
   		strcpy(writemessage, "I am the child process");
    	printf("From child process: %s\n", writemessage);
      	write(pipefds[1], writemessage, sizeof(writemessage));
   	} 
	else 
	{ 
      	//父进程 
      	read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
      	printf("From parent process: %s\n", readmessage);
      	close(pipefds[0]);
    	close(pipefds[1]);
    }
	return 0;
}

在这里插入图片描述

总结

使用Linux来完成程序，使得可读性比较好，便于分析，利于初步学习。对于Windows报错的原因，我目前觉得原因是“fdpipe[0] = atoi(argv[1])”这里的问题，访问了野指针。argv[1]这个参数究竟能干什么，也不是特别清除，打印出来只是一个数字，但不这样写就无法运行，如果直接用属性中高级设置给argv[1]它一个值也不行。但根据示例代码，在read之前要使用这条语句转变fdpipe[0]，如果让父进程来read，父进程是没有argv[1]的，可能因为该数据不共享，如果在子进程使用这条语句也无法传给父进程，目前还找不到解决方式。

实验二

一、实验内容或题目

在父进程中创建两个子进程，并建立一个管道，两个子进程分别向管道中写入一个字符串，父进程从管道中读出字符串。

二、实验目的与要求：

利用CRT相关接口，学习在父子进程间实现一对多的管道通信。

三、实验步骤：

1、建立解决方案和项目（略）
2、参照课本3.7.5章节的例2，利用CRT LIB提供的相似性接口，实现相同的功能（使用Linux的同学调用相应的接口）
3、CRT相关api：_pipe, _spawn, _cwait, _read, _write。示例代码可以参照 ：https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/c-runtime-library/reference/pipe?view=msvc-160

四、实验结果：

1）让子进程再fork出一个子进程
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int main() 
{
   	int pipefds[2];  
   	int status;
   	int pid1, pid2;
   	char writemessage[40];
   	char readmessage[40];
   
   	status = pipe(pipefds);
   	if (status == -1) 
	{
      	printf("Failed to create pipe");
      	return 0;
   	}
   
   	//创建子进程 
   	pid1 = fork();
   	//一个fork得放里面，否则子进程执行时会在多创建一个进程 
   	if (pid1 == 0) 
	{
   		//子进程2
   		strcpy(writemessage, "I am No.1");
    	printf("From child process: %s\n", writemessage);
      	write(pipefds[1], writemessage, sizeof(writemessage));
      	pid2 = fork();
      	if (pid2 == 0) 
		{
   			//子进程2
   			strcpy(writemessage, "I am No.2");
    		printf("From child process: %s\n", writemessage);
      		write(pipefds[1], writemessage, sizeof(writemessage));
      		return 0;
   		} 
      	return 0;
   	} 
	if (pid1 != 0) 
	{ 
      	//父进程 
      	sleep(2);
      	read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
		printf("From parent process: %s\n", readmessage);
      	read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
      	printf("From parent process: %s\n", readmessage);
      	close(pipefds[0]);
    	close(pipefds[1]);
    }
	return 0;
}

在这里插入图片描述
2）在父进程下fork出两个子进程
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int main() 
{
	int pipefds[2];  
   	int status;
   	int pid;
   	char writemessage[40];
   	char readmessage[40];
   
   	status = pipe(pipefds);
   	if (status == -1) 
	{
      	printf("Failed to create pipe");
      	return 0;
   	}
   
   	//创建子进程 
   	for (int i = 0; i <= 1; i++) 
	{	
		pid = fork();
		if (pid == 0)
			break;
	}
   	if (pid == 0) 
	{
   		strcpy(writemessage, "I am a child");
    	printf("From child process: %s\n", writemessage);
      	write(pipefds[1], writemessage, sizeof(writemessage));
      	return 0;
   	} 
   	else
	{ 
      	sleep(2);
      	read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
		printf("From parent process: %s\n", readmessage);
		read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
		printf("From parent process: %s\n", readmessage);
      	close(pipefds[0]);
    	close(pipefds[1]);
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述

五、总结：

在这里插入图片描述
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通过这个实验发现，fork创建进程还是比较复杂的，简单说明一下这个执行过程。在没有使用“setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0)”，它的输出是第一张图这样的，起初我以为，每次fork一个子进程，子进程都会重新执行main，父进程则继续执行（根据图片输出其实也不是，如果是这个逻辑则应该输出，第一行则应该是aaaabbbbaaaabbbbFrom等，所以很困惑），但查阅资料后，知道父进程执行过的代码子进程不会执行，所以想到了Windows示例代码中使用的setvbuf，使得输出没有缓冲（具体怎么缓冲也不是特别清楚），然后输出为第二张图，至此结合第三张图也大概理解了整个流程，最关键的就是“父进程执行过的代码子进程不会执行”，为了不让子进程在循环中再在自己的进程中发动fork，只需加个判断，使得子进程退出循环。

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