SONET 中 3:1 多路复用器的进程模拟实现

在 SONET 网络中，多个 STS-1 数据流的复用扮演着至关重要的角色，这些 STS-1 数据流被称为支流 (tributary)。一个 3:1 多路复用器将 3 个输入的 STS-1 支流复用到一个 STS-3 输出流中。复用过程按字节进行，也就是说，前 3 个字节分别是支流 1、2 和 3 的第一个字节，接下来的 3 个字节分别是支流 1、2 和 3 的第二个字节，以此类推。

本示例代码使用 Python 语言模拟了这样的 3:1 多路复用器，程序包含 5 个进程：

1. 主进程：负责创建其他 4 个进程。
2. 支流进程 (3 个)：分别对应 3 个 STS-1 支流，每个进程从输入文件读取 810 字节的 STS-1 帧，并逐字节发送给多路复用器进程。
3. 多路复用器进程：接收来自支流进程的字节，并按顺序将它们输出到标准输出设备。

进程之间的通信采用管道形式进行。

以下是一个可能的实现：

import os

# 定义每个支流进程的函数
def tributary(pipe_out):
    with open('input.txt', 'rb') as f:
        while True:
            # 从输入文件中读取一个 STS-1 帧
            sts1_frame = f.read(810)
            if not sts1_frame:
                break
            # 将字节逐个写入管道中
            for byte in sts1_frame:
                os.write(pipe_out, bytes([byte]))

# 定义多路复用器进程的函数
def multiplexer(pipes_in):
    while True:
        # 从 3 个管道中读取一个字节
        bytes_ = b''
        for pipe_in in pipes_in:
            byte = os.read(pipe_in, 1)
            if not byte:
                return
            bytes_ += byte
        # 将这 3 个字节按顺序输出到标准输出设备上
        os.write(1, bytes_)

if __name__ == '__main__':
    # 创建 3 个管道，分别用于 3 个支流进程向多路复用器进程传输数据
    pipes_in = []
    for _ in range(3):
        pipe_in, pipe_out = os.pipe()
        pipes_in.append(pipe_in)
        pid = os.fork()
        if pid == 0:
            # 在子进程中运行支流进程函数
            os.close(pipe_in)
            tributary(pipe_out)
            os._exit(0)
        else:
            os.close(pipe_out)
    # 在主进程中运行多路复用器进程函数
    multiplexer(pipes_in)
    # 等待所有子进程结束
    for _ in range(3):
        os.wait() 

该程序首先创建了 3 个管道，用于 3 个支流进程向多路复用器进程传输数据。然后，它创建 3 个子进程，每个子进程运行支流进程函数。在支流进程函数中，每次从输入文件中读取一个 STS-1 帧，并将它的每个字节逐个写入管道中。在多路复用器进程函数中，它从 3 个管道中读取一个字节，并将这 3 个字节按顺序输出到标准输出设备上。最后，主进程等待所有子进程结束。