Linux进程间通信实验报告

实验六：Linux进程间通信（2）（4课时）

实验目的：

理解进程通信原理；掌握进程中信号量、共享内存、消息队列相关的函数的使用。实验原理：

Linux下进程通信相关函数除上次实验所用的几个还有：

信号量

信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是前一节的共享内存方式的进程间通信。要调用的第一个函数是semget，用以获得一个信号量ID。

int semget(key_t key, int nsems, int flag);

key是IPC结构的关键字，flag将来决定是创建新的信号量集合，还是引用一个现有的信号量集合。nsems是该集合中的信号量数。如果是创建新集合（一般在服务器中），则必须指定nsems；如果是引用一个现有的信号量集合（一般在客户机中）则将nsems指定为0。

semctl函数用来对信号量进行操作。

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);

不同的操作是通过cmd参数来实现的，在头文件sem.h中定义了7种不同的操作，实际编程时可以参照使用。

semop函数自动执行信号量集合上的操作数组。

int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops);

semoparray是一个指针，它指向一个信号量操作数组。nops规定该数组中操作的数量。

ftok原型如下：

key_t ftok( char * fname, int id )

fname就是指定的文件名(该文件必须是存在而且可以访问的)，id是子序号，虽然为int，但是只有8个比特被使用(0-255)。

当成功执行的时候，一个key_t值将会被返回，否则 -1 被返回。

共享内存

共享内存是运行在同一台机器上的进程间通信最快的方式，因为数据不需要在不同的进程间复制。通常由一个进程创建一块共享内存区，其余进程对这块内存区进行读写。首先要用的函数是shmget，它获得一个共享存储标识符。

#include

#include

#include

int shmget(key_t key, int size, int flag);

当共享内存创建后，其余进程可以调用shmat（）将其连接到自身的地址空间中。

void *shmat(int shmid, void *addr, int flag);

shmid为shmget函数返回的共享存储标识符，addr和flag参数决定了以什么方式来确定连接的地址，函数的返回值即是该进程数据段所连接的实际地址，

进程可以对此进程进行读写操作。

断开共享内存连接：

与shmat函数相反，shmdt是用来断开与共享内存附加点的地址，禁止本进程访问此片共享内存

函数原型

int shmdt(const void *shmaddr)

函数传入值

shmaddr：连接的共享内存的起始地址

函数返回值

成功：0

出错：-1，错误原因存于error中

附加说明

本函数调用并不删除所指定的共享内存区，而只是将先前用shmat函数连接（attach）好的共享内存脱离（detach）目前的进程

错误代码

EINVAL：无效的参数shmaddr。

消息队列

消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式以及特定的优先级。

1.创建新消息队列或取得已存在消息队列

原型：int msgget(key_t key, int msgflg);

参数：

key：键值，可以指定，也可以由函数ftok生成。

msgflg：IPC_CREAT值，若没有该队列，则创建一个并返回新标识符；若已存在，则返回原标识符。

IPC_EXCL值，若没有该队列，则返回-1；若已存在，则返回0。

2.向队列读/写消息

原型：

msgrcv从队列中取用消息：

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

msgsnd将数据放到消息队列中：

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

参数：

msqid：消息队列的标识码

msgp：指向消息缓冲区的指针，此位置用来暂时存储发送和接收的消息

msgsz：消息的大小。

msgtyp：从消息队列内读取的消息形态。如果值为零，则表示消息队列中的所有消息都会被读取。

msgflg：用来指明核心程序在队列没有数据的情况下所应采取的行动。

3.设置消息队列属性

原型：int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );

参数：msgctl 系统调用对 msgqid 标识的消息队列执行 cmd 操作，系统定义了

3 种 cmd 操作： IPC_STAT , IPC_SET , IPC_RMID

IPC_STAT : 该命令用来获取消息队列对应的 msqid_ds 数据结构，并将其保存到 buf 指定的地址空间。

IPC_SET : 该命令用来设置消息队列的属性，要设置的属性存储在buf 中。

IPC_RMID : 从内核中删除 msqid 标识的消息队列。

实验内容：

1、完成教材上信号量实例，想一下ftok函数的作用？修改例子，创建2个进程

完成原来父子进程对应的操作。

子进程代码：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define DELAY_TIME 3

union semun

{

int val;

struct semid_ds *buf;

unsigned short *array;

};

int init_sem(int sem_id,int init_value)

{

union semun sem_union;

sem_union.val = init_value;

if(semctl(sem_id,0, SETVAL,sem_union)==-1)

{

perror("Initialize semaphore");

return -1;

}

return 0;

}

int del_sem(int sem_id)

{

union semun sem_union;

if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union)==-1) {

perror("Delete semaphore");

return -1;

}

}

int sem_p(int sem_id)

{

struct sembuf sem_b;

sem_b.sem_num =0 ;

sem_b.sem_op =-1;

sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;

if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)

{

perror("P operation");

return -1;

}

return 0;

}

int sem_v(int sem_id)

{

struct sembuf sem_b;

sem_b.sem_num =0 ;

sem_b.sem_op =1;

sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;

if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)

{

perror("V operation");

return -1;

}

return 0;

}

int main()

{

pid_t result;

int sem_id;

sem_id =semget(ftok(".",'a'),1,0666|IPC_CREAT);

init_sem(sem_id,0);

printf("Child process will wait for some seconds...\n");

sleep(DELAY_TIME);

printf("The returned valud is %d in the child process(PID = %d)\n",result,getpid());

sem_v(sem_id);

}

等待进程：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define DELAY_TIME 3

union semun{

int val;

struct semid_ds *buf;

unsigned short *array;

};

int init_sem(int sem_id,int init_value){

union semun sem_union;

sem_union.val = init_value;

if(semctl(sem_id,0, SETVAL,sem_union)==-1){

perror("Initialize semaphore");

return -1;

}

return 0;

}

int del_sem(int sem_id){

union semun sem_union;

if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union)==-1){

perror("Delete semaphore");

return -1;

}

}

int sem_p(int sem_id){

struct sembuf sem_b;

sem_b.sem_num =0 ;

sem_b.sem_op =-1;

sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;

if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){

perror("P operation");

return -1;

}

return 0;

}

int sem_v(int sem_id){

struct sembuf sem_b;

sem_b.sem_num =0 ;

sem_b.sem_op =1;

sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;

if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){

perror("V operation");

return -1;

}

return 0;

}

int main(){

pid_t result;

int sem_id;

sem_id =semget(ftok(".",'a'),1,0666|IPC_CREAT);

init_sem(sem_id,0);

sem_p(sem_id);

printf("The returned value is %d in the father process (PID =%d)\n",result,getpid());

sem_v(sem_id);

del_sem(sem_id);

}

2、完成教材上共享内存实例，查看运行情况。然后修改ftok函数的参数，并编

写两个进程完成实例原来的工作。

代码：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define BUFFER_SIZE 2048

int main(){

pid_t pid;

int shmid;

char *shm_addr;

char flag[]= "WROTE";

char buff[BUFFER_SIZE];

if((shmid = shmget(IPC_PRIVATE,BUFFER_SIZE,0666))<0){ perror("shmget");

exit(1);

}

else{

printf("Create shared-memory: %d \n",shmid);

}

system("ipcs -m");

pid = fork();

if(pid==-1){

perror("fork");

exit(1);

}else if(pid == 0){

if((shm_addr = shmat(shmid,0,0))==(void*)-1){

perror("Child: shmat");

exit(1);

}

else{

printf("Child:Attach shared-memory: %p\n",shm_addr);

}

system("ipcs -m");

while(strncmp(shm_addr,flag,strlen(flag))){

printf("Child: Wait for enable data ... \n");

sleep(5);

}

strcpy(buff,shm_addr+strlen(flag));

printf("Chil: Shared-memory:%s\n",buff);

if((shmdt(shm_addr))<0){

perror("shmdt");

exit(1);

}

else{

printf("Child: Deattach shared-memory\n");

}

system("ipcs -m");

if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)== -1){

perror("Child : shmctl(IPC_RMID)\n");

exit(1);

}

else{

printf("Delete shared-memory\n");

}

system("ipcs -m");

}

else{

if((shm_addr=shmat(shmid,0,0))==(void*)-1){

perror("Parent: shmat");

exit(1);

}

else{

printf("Parent: Attach shared-memory: %p\n",shm_addr);

}

sleep(1);

printf("\n Input some string :\n");

fgets(buff,BUFFER_SIZE,stdin);

strncpy(shm_addr+strlen (flag),buff,strlen(buff));

strncpy(shm_addr,flag,strlen(flag));

if((shmdt(shm_addr))<0){

perror("Parent: shmdt");

exit(1);

}

else{

printf("Parent: Deattach shared-memory\n");

}

system("ipcs -m");

waitpid(pid,NULL,0);

printf("Finished\n");

}

exit(0);

}

实验总结：

自己写

自己写

自己写