操作系统实验4

实验四进程通信（二消息通信）
一、实验目的
熟悉管道通信，了解管道内数据的读取与写入过程；
学会创建管道、使用管道，实现父子进程间的通信；
熟悉各种管道通信时使用的函数；
熟悉共享内存的概念；
学会使用函数创建共享内存段，熟悉操纵共享内存的四个系统调用；
熟悉Linux下进程通信中的消息通信机制；
学会使用系统调用msgget()，msgsnd()，msgrev()及msgctl()编制一定长度的消息的发送和接收程序。

二、实验内容
任务：
（1）每个同学登陆两个窗口，先在一个窗口中运行程序1（或者只登陆一个窗口，先在该窗口中以后台方式运行程序1），用ipcs命令查看系统中消息队列的情况，然后在另一个窗口中运行程序2，观察程序的运行结果并分析。

运行结束后可以用ctrl+c结束程序1的运行，再次用ipcs命令观察系统中消息队列的情况。

（2）使用系统调用msgget()，msgsnd()，msgrev()及msgctl()编制一长度为1K的消息的发送和接收程序。

①为了便于操作和观察结果，用一个程序作为“引子”，先后fork()两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。

②SERVER端建立一个Key为学号末3位的消息队列，等待其他进程发来的消息。

当遇到类型为1的消息，则作为结束信号，取消该队列，并退出SERVER。

SERVER 每接收到一个消息后显示一句“(server)received”。

③CLIENT端使用key为学号末3位的消息队列，先后发送类型从10到1的消息，然后退出。

最后的一个消息，即是SERVER端需要的结束信号。

CLIENT每发送一条消息后显示一句“(client)sent”。

④父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。

三、代码及运行结果分析
（1）每个同学登陆两个窗口，先在一个窗口中运行程序1（或者只登陆一个窗口，先在该窗口中以后台方式运行程序1），用ipcs命令查看系统中消息队列的情况，然后在另一个窗口中运行程序2，观察程序的运行结果并分析。

运行结束后可以用ctrl+c结束程序1的运行，再次用ipcs命令观察系统中消息队列的情况。

1.程序1
代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define MSGKEY 204
struct msgform
{
long mtype;
char mtext [256];
}msg;
int msgqid;
main ()
{
int i ,pid, *pint;
extern cleanup();
for (i=0;i<20;i++)
signal (i,cleanup);
msgqid=msgget (MSGKEY,0777|IPC_CREAT);
for (;;)
{
msgrcv (msgqid,&msg,256,1,0);
pint=(int*)msg. mtext;
pid=*pint;
printf ("server:receive from pid %d\n",pid); msg.mtype=pid;
*pint=getpid();
msgsnd (msgqid,&msg,sizeof(int),0) ;
}
}
cleanup()
{
msgctl (msgqid,IPC_RMID,0);
exit();
}
后台运行程序1结果：
用ipcs命令查看：
2.程序2
代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define MSGKEY 204
struct msgform
{
long mtype;
char mtext [256];
};
main()
{
struct msgform msg;
int msgqid,pid, *pint;
msgqid=msgget(MSGKEY,0777);
pid=getpid();
pint=(int*)msg.mtext;
*pint=pid;
msg.mtype=1;
msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);
msgrcv(msgqid,&msg,256,pid,0);
printf("client:receive from pid%d\n",*pint); }
运行程序2并用ipcs命令查看：
分析：后台运行程序1，在程序1中，msgget (MSGKEY,0777|IPC_CREAT)函数用于建立与顾客进程相同的消息队列，若指定的关键字消息队列不存在，msgflg&IPC_CREAT为真，则为他建立一个新的消息队列； msgflg&IPC_CREAT为假，返回-1。

若指定的关键字消息队列存在，则返回该消息队列的描述符。

使用msgrcv (msgqid,&msg,256,1,0);且msgtyp=>0时，则接收消息队列中类型为msgtyp的第一个消息大小为256字节的消息，使用msgsnd (msgqid,&msg,sizeof(int),0);发送一个消息到相关的消息队列上，接着运行程序2，在程序2中，通过msgqid=msgget(MSGKEY,0777);建立消息队列，通过msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);往msgqid发送消息msg，使用msgrcv(msgqid,&msg,256,pid,0);接收来自服务进程的大小为256字节的消息，两个程序运行后先后输出服务进程的pid32321和客户进程的pid32159。

（2）使用系统调用msgget()，msgsnd()，msgrev()及msgctl()编制一长度为1K的消息的发送和接收程序。

相关代码：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/ipc.h>
#define MSGKEY 204
struct msgform
{
long mtype;
char mtext[1024];
}msg;
int msgqid,i;
void CLIENT()
{
int i;
msgqid=msgget(MSGKEY,0777);
for(i=10;i>=1;i--)
{
msg.mtype=i;
printf("(client)sent\n");
msgsnd(msgqid,&msg,1024,0);
}
exit(0);
}
void SERVER()
{
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);
do{
msgrcv(msgqid,&msg,1024,0,0);
printf("(server)received\n");
}while(msg.mtype!=1);
msgctl(msgqid,IPC_RMID,0);
exit(0);
}
main()
{
while((i=fork())==-1);
if(!i)SERVER();
while((i=fork())==-1);
if(!i)CLIENT();
wait(0);
wait(0);
}
运行结果：
分析：该程序用CLIENT端来发送消息，通过SERVER端来接受消息。

在CLIENT 端中，使用key为204，建立消息队列，并发送消息然后退出；在SERVER端，建立key为204的消息队列，来等待接受消息，在接受消息中，用while语句进行判断是否结束并取消该队列，即当接受到类型为1的消息时就退出；且每当CLIENT端发送一个消息，则会显示一条(client)sent语句，当SERVER端每接受一条信息则输出一句(server)received，故程序运行结果为各10句(client)sent 和(server)received。

四、实验心得
本次实验的难度较上次有所增加，第一题的代码基本给出，只需要按照要求运行就可以，难点在于理解相关函数及其对应的参数的作用，而第二题是自己设计程序，由于对相关知识点的模糊使得编写设计时一头雾水。

本次实验主要困难在于消息机制msgget系统调用的理解以及最后一题的程序编写，由于对相应函数的不了解和相关知识的不熟悉使得在最后一题的完成过程中遇到了很多问题，最后通过网络上的参考以及同学的协助慢慢去理解题目读懂相应的代码并进行编写操作，最后使得本次实验顺利完成。

通过本次实验，加深了对Linux系统的了解，熟悉了进程通信中的消息通信，对消息机制提供四个系统调用msgget()，msgsnd()，msgrev()及msgctl()的格式及各个参数与功能有了一定的了解，学会了对相关程序的分析。

通过本次实验，能够将理论所学的知识运用到实践中，不仅锻炼了自身的综合实践能力也加深了对理论知识的理解，除此之外，也发现了自己的不足，希望以后慢慢提升。

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