# 一、实验目的 **（1）本实验的目的是了解和熟悉Linux支持的消息通讯机制及信息量机制。** **（2）熟悉Linux的三种机制。** ## 1. 问题描述 ### （1）消息的创建，发送和接收。 **①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。** **②观察上面的程序，说明控制消息队列系统调用msgctl () 在此起什么作用？** ### （2）共享存储区的创建、附接和段接。 **使用系统调用shmget(),shmat(),sgmdt(),shmctl(),编制一个与上述功能相同的程序。** ### （3）进程的管道通信 **编制一段程序，实现进程的管理通信。使用系统调用pipe()建立一条管道线；两个子进程P1和P2分别向管道中写一句话： Child 1 is sending a message! Child 2 is sending a message! 而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。要求父进程先接收子进程P1发来的消息，然后再接收子进程P2发来的消息。** ## 2. 数据结构及算法设计 ### (1) 消息的创建，发送和接收。 **<1>为了便于操作和观察结果，用一个程序为“引子”，先后fork( )两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。** **<2>SERVER端建立一个Key为75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”。** **<3>CLIENT端使用Key为75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，既是 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。** ### (2) 共享存储区的创建、附接和段接。 **<1>为了便于操作和观察结果，用一个程序为“引子”，先后fork( )两个子进程，SERVER 和 CLIENT，进行通信。** **<2>SERVER端建立一个KEY为75的共享区,并将第一个字节置为-1.作为数据空的标志.等待其他进程发来的消息.当该字节的值发生变化时,表示收到了该消息,进行处理.然后再次把它的值设为-1.如果遇到的值为0,则视为结束信号,取消该队列,并退出SERVER.SERVER每接收到一次数据后显示”(server)received”.** **<3>CLIENT端建立一个为75的共享区,当共享取得第一个字节为-1时, Server端空闲,可发送请求. CLIENT 随即填入9到0.期间等待Server端再次空闲.进行完这些操作后, CLIENT 退出. CLIENT每发送一次数据后显示”(client)sent”.** **<4>父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束.** ### (3) 进程的管道通信 **<1>编制一段程序，实现进程的管道通信。使用系统调用pipe()建立一条管道线。两个子进程p1和p2分别向通道个写一句话：** **child1 process is sending message!** **child2 process is sending message!** **<2>父进程从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。** ## 3. 程序实现 ### (1)消息的创建，发送和接收 ``` #include #include #include #include #include #include #define MSGKEY 75 /*定义关键词MEGKEY*/ struct msgform /*消息结构*/ { long mtype; char mtexe[1030]; /*文本长度*/ }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); /*发送消息msg入msgid消息队列*/ } exit(0); } void SERVER( ) { msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /*由关键字获得消息队列*/ do { msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /*从队列msgid接受消息msg*/ printf("(server)receive\n"); }while(msg.mtype!=1); /*消息类型为1时，释放队列*/ msgctl(msgqid, IPC_RMID,0); exit(0); } int main() { if(fork()) SERVER(); else CLIENT( ); wait(0); wait(0); } ``` ### (2)共享存储区的创建,附接和断接 ``` #include #include #include #include #include #include #include #define SHMKEY 75 /*定义共享区关键词*/ int shmid,i; int *addr; int CLIENT() { int i; shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777); /*获取共享区，长度1024，关键词SHMKEY*/ addr=shmat(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/ for(i=9;i>=0;i--) { while(*addr!= -1); printf("(client)sent\n"); /*打印（client）sent*/ *addr=i; /*把i赋给addr*/ } exit(0); } int SERVER() { shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT); /*创建共享区*/ addr=shmat(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/ do { *addr=-1; while(*addr==-1); printf("(server)received\n"); /*服务进程使用共享区*/ } while(*addr); shmctl(shmid,IPC_RMID,0); exit(0); } int main() { if(fork())SERVER(); if(fork())CLIENT(); wait(0); wait(0); } ``` ### (3)进程的管道通信 ``` #include #include #include #include #include #include #include int pid1,pid2; main( ) { int fd[2]; char outpipe[100],inpipe[100]; pipe(fd); /*创建一个管道*/ while ((pid1=fork( ))==-1); if(pid1==0) { lockf(fd[1],1,0); sprintf(outpipe,"child 1 process is sending message!"); /*把串放入数组outpipe中*/ write(fd[1],outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/ sleep(5); /*自我阻塞5秒*/ lockf(fd[1],0,0); exit(0); } else { while((pid2=fork( ))==-1); if(pid2==0) { lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/ sprintf(outpipe,"child 2 process is sending message!"); write(fd[1],outpipe,50); sleep(5); lockf(fd[1],0,0); exit(0); } else { wait(0); /*同步*/ read(fd[0],inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/ printf("%s\n",inpipe); wait(0); read(fd[0],inpipe,50); printf("%s\n",inpipe); exit(0); } } } ``` ## 4. 测试 ### (1) ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793783075) **结果：** 从理想的结果来说，应当是每当Client发送一个消息后，server接收该消息，Client再发送下一条。也就是说“(Client)sent”和“(server)received”的字样应该在屏幕上交替出现。实际的结果大多是，先由 Client 发送两条消息，然后Server接收一条消息。此后Client Server交替发送和接收消息.最后一次接收两条消息. Client 和Server 分别发送和接收了10条消息,与预期设想一致。 **分析：** message的传送和控制并不保证完全同步,当一个程序不再激活状态的时候,它完全可能继续睡眠,造成上面现象,在多次send message 后才 receive message.这一点有助于理解消息转送的实现机理。 ### (2) ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793813938) **结果:** 运行的结果和预想的完全一样。但在运行的过程中，发现每当client发送一次数据后，server要等大约0.1秒才有响应。同样，之后client又需要等待大约0.1秒才发送下一个数据。 **分析:** 出现上述的应答延迟的现象是程序设计的问题。当client端发送了数据后，并没有任何措施通知server端数据已经发出，需要由client的查询才能感知。此时，client端并没有放弃系统的控制权，仍然占用CPU的时间片。只有当系统进行调度时，切换到了server进程，再进行应答。这个问题，也同样存在于server端到client的应答过程之中。 ### (3) ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793847249) **结果:** 运行的结果和预想的完全一样。运行过程中先延迟5秒第一个子程序打印输出。然后再延迟5秒第二个子程序打印输出。 **分析:** 出现上述的的现象是程序设计的加锁处理。第一个程序等待延时结束，打印输出，并且在程序执行及延时时上锁，第二子程序必须等待。待第一个子程序打印结束，第二个子程序开始延时，延时结束后打印输出。

“操作系统实验”实验报告