实验三 进程通讯实验报告

实验三进程通讯实验报告

【姓名】…

【学号】…

【实验题目】进程通讯——消息队列与共享存储区

【实验目的】

（1）掌握进程间通讯的编程方法；

（2）加深对进程并发执行的理解；

（3）学习利用消息队列和共享存储区实现进程通信的方法。

【实验内容】

设计一个多进程并发运行的程序，它由不同的进程完成下列工作：

（1）接收键盘输入进程

负责接收用户的键盘输入，并以适当的方式将由键盘获得的数据交给其它进程处理。

（2）显示进程

负责全部数据显示任务，包括键盘输入数据的显示和提示信息的显示。

（3）分发数据进程

将键盘输入的数据分为3类，即字母、数字和其它，并分别将字母写入文件letter.txt 中，数字写入文件number.txt中，除字母和数字外其它数据丢弃。

【实验要求】

1、程序能以适当的方式提示用户输入数据；

2、提示用户有数据被丢弃；

3、全部的显示任务必须由显示进程完成；

4、整个程序能够连续处理多组输入数据，直到用户输入“quit”字符串，整个程序结

束；

5、进一步要求：同时采用共享存储区和消息2种方法实现进程之间的通信，并比较

这2种通信方法的利弊。

【实验方法】

1、利用fork()函数创建2个子进程，用一个父进程和两个子进程完成上面的三个实验

任务，用子进程1实现分发数据任务，子进程2实现接受键盘输入任务，父进程

实现全部的显示任务。

2、同时通过共享存储区和消息队列两种进程通讯方式实现上面三个进程之间的同步

和互斥。

3、利用while()循环、kill()函数和signal()函数实现连续多组数据输入。

【程序结构】

·数据结构：消息队列、字符数组；

·程序结构：顺序结构、if-else分支结构和while循环结构；

·主要算法：无特别算法

【实验结果】

1、有代表性的执行结果：

[stud13@localhost stud13]$ cc ipc.c

[stud13@localhost stud13]$ ./a.out

Please input a line:

∟operatingsystem01234-=,.

Your message is:

operatingsystem01234-=,.

The characters deserted are:

-=,.

Please input a line:

∟xushengju6651001!@#$%^&*()

Your message is:

xushengju6651001!@#$%^&*()

The characters deserted are:

!@#$%^&*()

Please input a line:

∟Hello123

Your message is:

Hello123

Please input a line:

∟quit

[stud13@localhost stud13]$ cat letter.txt

OperatingsystemxushengjuHello[stud13@localhost stud13]$ cat number.txt 012346651001123[stud13@localhost stud13]$

2、结果分析及解释：

在创建子进程1时，由于先返回子进程的ID号，msgrcv(msgid,&msg,BUFSIZE,0,0)一直都是非0值，故循环等待。接着返回父进程ID，父进程负责全部的显示任务，先提示用户输入“Please input a line：”，然后等待子进程2的16信号所以当子进程2负责从键盘接收字符，当输入“operatingsystem01234-=,.”后，由子进程2发送消息（内容为：operatingsystem01234-=,.）给子进程1，由子进程1实现分发任务，将字符输出到文件“letter.txt”,将数字输出到文件“number.txt”，将其他字符写到“抛弃字符共享存储区array”并将从消息队列中读取的字符串写到字符共享存储区addr中，再向父进程发送16信号，实现进程之间的同步；之后由父进程接收16信号后，从addr共享存储区中获取由键盘输入的字符串，并由终端输出显示，若有字符丢弃，同时也提醒用户有哪些字符被丢弃了，显示到终端。通过while()循环，实现多组数据输入并显示和分发写入文件。当用户需要退出时，从终端输入”quit”，所有子进程退出，由父进程断开和共享存储区的附接并删除消息队列，之后也退出。

【问题分析】

实验中出现的问题及解决办法：

1、比较消息队列和共享存储区在消息通信机制中的数据传输的时间和性能：

由于两种机制实现的机理和用处都不一样，难以直接进行时间上的比较。如果比较其性能，应更加全面地分析。

①消息队列的建立比共享区的建立消耗的资源少。前者只是一个软件上设定的问题，后者需要对硬件操作，实现内存的映像，当然控制起来比前者复杂，如果每次都更新进行队列或共享的建立，共享区的设立没有什么优势。

②当消息队列和共享区建立好后，共享区的数据传输受到系统硬件的支持，不耗费多余的资源；而消息传递由软件进行控制和实现，需要消耗—定的CPU资源。从这个意义上讲，共享区更适合频繁和大量的数据传输。

③消息的传递，自身就带有同步的控制。当等到消息的时候，进程进入睡眠状态，不再消耗CPU资源。而共享队列如果不借助其他机制进行同步，接收数据的一方必须进行不断的查询，进入忙等待状态，白白浪费了大量的CPU资源。可见，消息方式的使用更加灵活。

2、有关字符数组初始化函数的使用：

在本实验中频繁使用了memset()函数，且第二个参数均为’\0’，是为了将每次从键盘输入的字符串都能存到一个空的字符数组中，以防止字符的重复和覆盖。

3、在本程序中，需要合理安排父进程和2个子进程的任务，由父进程来负责显示任务是最合理和最简单的情况，因为父进程与子进程在某些方面是共享的，无需另外启用消息通信机制。而且在实现多组数据的输入、显示和分发方面能实现很好的同步和互斥。

4、注意消息缓冲区的数据结构，主要用来存放需要发送或者接收的消息类型和消息正文，在/usr/src/linux-2.4/include/linux/msg.h中描述如下：

/*message buffer for msgsnd and msgrcv calls*/

struct msgbuf{

long mtype; //消息类型，由用户决定

char mtext[MAXMSG];//消息正文

};

5、在程序修改之前存在一个bug，就是在输入的字符串中不能存在空格或制表符，如果出现空格或者制表符，将只会显示空格或者制表符后面的内容，前面的不显示。这是由于scanf()函数的作用，当他遇到空格或制表符时，就会只读入后面的内容。有人想到会用gets()来接受一行，但是懂C的人基本上都知道gets()是一个很危险的函数，而且很难控制，特别是与scanf()交替使用时前者的劣势更是一览无余，所以gets()一般是不推荐用的。那么我们可以用%[^\n]%*c控制语句来隔离掉其中的空格或者制表符对读入一行字符串的影响。【程序清单】

下面为可执行的C程序清单以及相应的注释：

/*进程通信之消息队列与共享存储区*/

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define MAXMSG 128 //消息队列的最大长度

#define BUFSIZE 128 //缓冲区的最大长度

/*定义消息的数据结构*/

struct my_msg{

long int mtype; //消息类型

char mtext[MAXMSG]; //消息内容

}msg;

int pid,pid1,pid2;//定义父进程和两个子进程的id标识

int i,j;

char buffer[BUFSIZE],msgtext[MAXMSG]; //定义缓冲区和接受暂存字符数组

void stop()

{

}

main(){

/*定义共享内存*/

int shmid1,shmid2;//定义2个共享存储区的内部标识

char *addr,*array;

/*创建并附接共享内存*/

shmid1=shmget(IPC_PRIV A TE,BUFSIZE,IPC_CREAT|0666);

shmid2=shmget(IPC_PRIV A TE,BUFSIZE,IPC_CREAT|0666);

addr=(char *)shmat(shmid1,NULL,0);

array=(char *)shmat(shmid2,NULL,0);

/*创建消息队列并初始化*/

int msgid;

msgid=msgget(IPC_PRIV ATE,IPC_CREAT|0666);

pid=getpid();//获取父进程ID号

while((pid1=fork())==-1);

if(pid1>0){

while((pid2=fork())==-1);

if(pid2==0){

while(1){

memset(buffer,'\0',0);

scanf("%[^\n]%*c",buffer);//从终端输入字符串

memset(msg.mtext,'\0',0);

strcpy(msg.mtext,buffer);

msg.mtype=1;//设置消息类型为1

if(msgsnd(msgid,&msg,MAXMSG,0)<0)return 0;//向子进程1发送消息

if(strcmp(buffer,"quit")==0)break;

}

exit(0);

}

else{

printf("Please input a line:\n");//提示输入

while(1){

signal(16,stop);//接收子进程发送的信号

pause();//父进程挂起

if(strcmp(addr,"quit")==0)break;//判断是否退出并终止循环

printf("Your message is:\n%s\n",addr);//输出从终端输入的内容

if(strlen(array)!=0)//输出被抛弃的字符

printf("The characters deserted are:\n%s\n",array);

memset(addr,'\0',0);

printf("Please input a line:\n");

}

wait(0);

wait(0);

/*断开附接*/

shmdt(addr);

shmdt(array);

/*撤销共享内存*/

shmctl(shmid1,IPC_RMID,0);

shmctl(shmid2,IPC_RMID,0);

/*删除消息队列*/

msgctl(msgid,IPC_RMID,0);

exit(0);

}

}

else{

FILE *fp1,*fp2;

fp1=fopen("letter.txt","w");//打开文件

fp2=fopen("number.txt","w");

while(1){

if(!msgrcv(msgid,&msg,BUFSIZE,0,0))return 0;//接收消息

i=0;

j=0;

memset(msgtext,'\0',sizeof(msgtext));

memset(array,'\0',sizeof(array));

strcpy(msgtext,msg.mtext);

strcpy(addr,msg.mtext);

if(strcmp(msgtext,"quit")==0){ //判断是否退出，若是则向父进程发送信号并退出循环

kill(pid,16);

break;

}

while(i

if((msgtext[i]>='a'&&msgtext[i]<='z')||

(msgtext[i]>='A'&&msgtext[i]<='Z'))

fputc(msgtext[i],fp1);

else if((msgtext[i]>='0'&&msgtext[i]<='9'))

fputc(msgtext[i],fp2);

else if(msgtext[i]!='\0'){

array[j++]=msgtext[i];

}

i++;

}

kill(pid,16); //向父进程发送信号

}

fclose(fp1);//关闭文件

fclose(fp2);

exit(0);

}

}