Linux编程 实验三 进程及进程间通信

一、实验目的及要求

目的：

掌握进程控制相关的系统调用的使用；掌握利用重定向进行进程间通信的方法。

要求：

（1）编写一个程序，完成输出重定向的功能：who > userlist。

（2）编写一个程序，完成输入重定向的功能：sort < data。

（3）编写一个程序，完成管道功能：who | grep bbc。

一、实验内容：

1、编写一个程序，完成输出重定向的功能：who>userlist

2、编写一个程序，完成输入重定向的功能：sort<data。

3、编写一个程序，完成管道功能：who|grepbbc

二、实验过程及结果记录

1. 输出重定向程序错误：

错误描述： 在编写输出重定向程序时，我忘记了在程序中打开要输出的文件，并将输出结果写入文件中。

修正方法： 在程序中添加打开文件的操作，并使用文件描述符进行输出重定向。

经验总结： 在编写输出重定向程序时，务必记得打开要输出的文件，并使用正确的文件描述符进行输出重定向，以确保输出结果被正确地写入到文件中。

2. 输入重定向程序错误：

错误描述： 在编写输入重定向程序时，我在程序中没有正确地处理输入重定向符号，导致无法正确地从指定文件中读取数据。

修正方法： 在程序中添加输入重定向符号的处理逻辑，并使用文件描述符进行输入重定向。

经验总结： 在编写输入重定向程序时，要注意正确地处理输入重定向符号，并使用正确的文件描述符进行输入重定向，以确保从指定文件中正确地读取数据。

3. 管道功能程序错误：

错误描述： 在编写管道功能程序时，我忘记了在程序中创建管道，并将管道的两端连接到相关的进程中。

修正方法： 在程序中添加创建管道的操作，并正确地将管道的两端连接到相关的进程中。

经验总结： 在编写管道功能程序时，务必记得创建管道，并正确地将管道的两端连接到相关的进程中，以确保进程间能够正确地进行通信。

三、实 验 小 结

思考题：1、实现输入输出重定向的基本原理是什么？

答：输入输出重定向的原理

核心机制：通过 dup2 系统调用复制文件描述符，改变标准输入（0）、标准输出（1）、标准错误（2）的指向

实现步骤：

打开目标文件（输入或输出）

使用 dup2 将文件描述符复制到标准输入 / 输出

执行命令时，系统自动从新的文件描述符读取或写入

应用场景：

输出重定向（>）：将命令结果保存到文件

输入重定向（<）：从文件读取命令输入

错误重定向（>>）：将错误信息保存到文件

实验内容中实验完成项目中所有的源程序：

输出重定向程序：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

int main() {

    int fd;

    char *command = "who";

    char *output_file = "userlist";

    // 打开文件用于写入（创建+截断）

    fd = open(output_file, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0644);

    if (fd < 0) {

        perror("打开输出文件失败");

        exit(1);

    }

    // 重定向标准输出到文件

    if (dup2(fd, STDOUT_FILENO) < 0) {

        perror("重定向失败");

        close(fd);

        exit(1);

    }

    // 关闭文件描述符（已通过dup2复制）

    close(fd);

    // 执行who命令，输出将被重定向到文件

    system(command);

    return 0;

}

输入重定向程序：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

int main() {

    int fd;

    char *command = "sort";

    char *input_file = "data";

    // 打开文件用于读取

    fd = open(input_file, O_RDONLY);

    if (fd < 0) {

        perror("打开输入文件失败");

        exit(1);

    }

    // 重定向标准输入到文件

    if (dup2(fd, STDIN_FILENO) < 0) {

        perror("重定向失败");

        close(fd);

        exit(1);

    }

    // 关闭文件描述符

    close(fd);

    // 执行sort命令，输入将从文件读取

    system(command);

    return 0;

}

实现管道程序：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

int main() {

    int pipefd[2];

    pid_t pid;

    char buffer[1024];

    // 创建管道

    if (pipe(pipefd) == -1) {

        perror("创建管道失败");

        exit(1);

    }

    // 创建子进程

    pid = fork();

    if (pid == -1) {

        perror("fork失败");

        exit(1);

    }

    if (pid == 0) {  // 子进程：执行who命令，输出到管道

        close(pipefd[0]);  // 关闭读端

        dup2(pipefd[1], STDOUT_FILENO);  // 重定向标准输出到管道写端

        close(pipefd[1]);  // 关闭写端（已复制）

        // 执行who命令

        execlp("who", "who", NULL);

        perror("execlp who失败");

        exit(1);

    } else {  // 父进程：从管道读取数据，用grep过滤

        close(pipefd[1]);  // 关闭写端

        // 创建二级子进程执行grep

        pid_t pid_grep = fork();

        if (pid_grep == -1) {

            perror("fork失败");

            exit(1);

        }

        if (pid_grep == 0) {  // 二级子进程：执行grep

            dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO);  // 重定向标准输入到管道读端

            close(pipefd[0]);  // 关闭读端（已复制）

            // 执行grep bbc命令

            execlp("grep", "grep", "bbc", NULL);

            perror("execlp grep失败");

            exit(1);

        } else {  // 父进程：等待子进程结束

            close(pipefd[0]);  // 关闭读端

            waitpid(pid, NULL, 0);

            waitpid(pid_grep, NULL, 0);

        }

    }

    return 0;

}

实验心得：

本次实验聚焦进程及进程间通信知识，经编程实践深入研习。先是实现输出重定向，把程序标准输出流转至指定文件，达成结果写入；再掌握输入重定向，将标准输入流指向指定文件，实现数据读取；最后学习并实现管道功能，借创建管道连接多进程的标准输入输出，完成进程间通信与数据传输。

实验里遭遇若干问题，像忘开输出文件、处理输入重定向符号有误、漏建管道等。及时排查修正后，对进程及进程间通信的原理与实现理解更为深刻。持续实践总结中，Linux 系统编程熟练度提升，积累了实用经验与技能。

总体而言，本次实验助力深化对进程及进程间通信的认知，增强 Linux 环境下程序开发与调试能力。后续通过不断实践探索，编程水平将进一步提升，未来学习工作中也能更从容地运用所学 。