CS-LABS/lab_4/README_lab4.md

# Лабораторная работа №4: Каналы передачи данных

## Цель работы
Получить навыки организации обмена информацией между процессами средствами неименованных или именованных каналов в программах на языке C в операционных системах семейства Linux.

## Описание задания

Лабораторная работа является модификацией лабораторной работы №3, в которой обмен данными между родительской и дочерними программами производится через программные каналы.

### Вариант 12
Программа читает текстовый файл построчно. Для каждой строки первый символ становится ключом, и все вхождения этого символа в строке заменяются пробелами, пока не будет достигнуто максимальное количество замен.

## Реализованные решения

### 1. Решение с неименованными каналами (pipes)

**Файлы:**
- `parent_pipe.c` - родительская программа
- `child_pipe.c` - дочерняя программа

**Принцип работы:**
1. Родительский процесс создает три канала для каждого дочернего процесса:
   - `pipe_to_child` - для передачи данных дочернему процессу
   - `pipe_from_child` - для получения обработанных данных
   - `pipe_error` - для получения количества замен

2. Родительский процесс:
   - Читает данные из входного файла
   - Передает данные дочернему процессу через `pipe_to_child`
   - Получает обработанные данные через `pipe_from_child`
   - Записывает результат в выходной файл

3. Дочерний процесс:
   - Перенаправляет stdin на чтение из канала (dup2)
   - Перенаправляет stdout на запись в канал (dup2)
   - Обрабатывает данные согласно варианту 12
   - Возвращает количество замен через stderr

**Преимущества:**
- Простая реализация для родственных процессов
- Автоматическая синхронизация через блокирующие операции чтения/записи
- Нет необходимости в файловых дескрипторах на диске

**Недостатки:**
- Работает только между родственными процессами
- Ограниченный размер буфера канала

### 2. Решение с именованными каналами (FIFO)

**Файлы:**
- `fifo_server.c` - серверная программа
- `fifo_client.c` - клиентская программа

**Принцип работы:**
1. Сервер создает два именованных канала:
   - `/tmp/fifo_request` - для получения запросов
   - `/tmp/fifo_response` - для отправки ответов

2. Клиент:
   - Читает данные из входного файла
   - Отправляет данные серверу через `fifo_request`
   - Получает обработанные данные через `fifo_response`
   - Записывает результат в выходной файл

3. Сервер:
   - Ожидает запросы от клиентов
   - Обрабатывает данные согласно варианту 12
   - Отправляет результат обратно клиенту

**Преимущества:**
- Работает между неродственными процессами
- Клиент-серверная архитектура
- Возможность обработки запросов от нескольких клиентов

**Недостатки:**
- Более сложная реализация
- Требуется управление файлами в файловой системе
- Необходима синхронизация между клиентом и сервером

## Компиляция и запуск

### Компиляция всех программ
```bash
make -f Makefile_lab4 all
```

### Тестирование с неименованными каналами
```bash
make -f Makefile_lab4 test_pipes
```

### Тестирование с именованными каналами

**Вариант 1: Автоматический тест**
```bash
make -f Makefile_lab4 test_fifo_auto
```

**Вариант 2: Ручной запуск в двух терминалах**

Терминал 1 (сервер):
```bash
make -f Makefile_lab4 test_fifo_server
```

Терминал 2 (клиент):
```bash
make -f Makefile_lab4 test_fifo_client
```

### Сравнение с оригинальной версией
```bash
make -f Makefile_lab4 test_compare
```

### Запуск всех тестов
```bash
make -f Makefile_lab4 test_all
```

## Примеры использования

### Неименованные каналы
```bash
./parent_pipe ./child_pipe 10 input1.txt output1.txt input2.txt output2.txt
```

### Именованные каналы

Запустить сервер:
```bash
./fifo_server 10
```

В другом терминале запустить клиент:
```bash
./fifo_client input1.txt output1.txt
./fifo_client input2.txt output2.txt
```

## Обработка исключительных ситуаций

Программы предусматривают обработку следующих ошибок:
- Отсутствие или неверное количество входных параметров
- Ошибки открытия входного и/или выходного файла
- Ошибки создания каналов
- Ошибки создания дочерних процессов
- Ошибки чтения и записи через каналы

## Технические детали

### Используемые системные вызовы

**Неименованные каналы:**
- `pipe()` - создание канала
- `fork()` - создание дочернего процесса
- `dup2()` - дублирование файлового дескриптора
- `read()` / `write()` - чтение/запись данных
- `close()` - закрытие файлового дескриптора
- `waitpid()` - ожидание завершения дочернего процесса
- `execl()` - запуск новой программы

**Именованные каналы:**
- `mkfifo()` - создание именованного канала
- `open()` - открытие FIFO
- `read()` / `write()` - чтение/запись данных
- `close()` - закрытие FIFO
- `unlink()` - удаление FIFO

### Схема работы каналов

**Неименованные каналы (pipes):**
```
Родительский процесс                  Дочерний процесс
     [файл] → read                         stdin ← pipe
                ↓                             ↓
              pipe → write              read → process
                                              ↓
              read ← pipe               write → stdout
                ↓
            write → [файл]
```

**Именованные каналы (FIFO):**
```
Клиент                              Сервер
[файл] → read                   /tmp/fifo_request ← open
           ↓                             ↓
     write → /tmp/fifo_request      read → process
                                          ↓
     read ← /tmp/fifo_response      write → /tmp/fifo_response
           ↓
     write → [файл]
```

## Структура проекта

```
lab4/
├── parent_pipe.c         # Родительская программа (pipes)
├── child_pipe.c          # Дочерняя программа (pipes)
├── fifo_server.c         # Серверная программа (FIFO)
├── fifo_client.c         # Клиентская программа (FIFO)
├── parent.c              # Оригинальная версия (Lab 3)
├── lab1_var12.c          # Оригинальная версия (Lab 1)
├── Makefile_lab4         # Makefile для компиляции и тестирования
└── README_lab4.md        # Документация
```

## Контрольные вопросы (стр. 82)

1. **Что такое канал (pipe)?**
   - Канал - это механизм межпроцессного взаимодействия (IPC), представляющий собой однонаправленный канал связи между процессами.

2. **В чем разница между именованными и неименованными каналами?**
   - Неименованные каналы существуют только в памяти и доступны только родственным процессам
   - Именованные каналы (FIFO) создаются в файловой системе и доступны любым процессам

3. **Как создать канал?**
   - Неименованный: `int pipe(int fd[2])`
   - Именованный: `int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode)`

4. **Что происходит при чтении из пустого канала?**
   - Процесс блокируется до тех пор, пока в канал не будут записаны данные

5. **Что происходит при записи в заполненный канал?**
   - Процесс блокируется до тех пор, пока в канале не освободится место

6. **Как передать данные через канал?**
   - Используя системные вызовы `write()` для записи и `read()` для чтения

7. **Зачем нужно закрывать неиспользуемые концы канала?**
   - Для корректного определения EOF при чтении
   - Для освобождения ресурсов
   - Для предотвращения deadlock

## Автор
Лабораторная работа выполнена в рамках курса "Системное программирование в среде Linux"