实验6 进程间通信

软件学院计算机课程实验报告册课程名称计算机操作系统实验学期 2011 年至 2012 年第 2 学期学生所在院（系）软件学院年级 11软件专业班级软工（1）班学生姓名朱水云学号 **********指导教师陈自刚实验最终成绩软件学院实验室制2012 年 4 月实验报告( 二 ) 实验名称：进程间通信实验时间：2012年4月18号实验性质应用性设计性综合性5，观察运行结果，并思考6，退出中断并写出实验报告调试过程:根据编译提示的错误进行修改四、实验结果：1消息的发送和接受运行结果：2.共享存储区的创建、附接和段接运行结果：五、疑难与小结：1.消息的创建，发送和接收小结：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.共享存储区的创建、附接和段接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。

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。

实验六：进程间通信实验目的：学会进程间通信方式：无名管道，有名管道，信号，消息队列，实验要求：（一）在父进程中创建一无名管道，并创建子进程来读该管道，父进程来写该管道（二）在进程中为SIGBUS注册处理函数，并向该进程发送SIGBUS信号（三）创建一消息队列，实现向队列中存放数据和读取数据实验器材：软件：安装了Linux的vmware虚拟机硬件：PC机一台实验步骤：（一）无名管道的使用1、编写实验代码pipe_rw.c#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <errno.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>int main(){int pipe_fd[2];//管道返回读写文件描述符pid_t pid;char buf_r[100];char* p_wbuf;int r_num;memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));//将buf_r初始化char str1[]=”parent write1 “holle””;char str2[]=”parent write2 “pipe”\n”;r_num=30;/*创建管道*/if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipe create error\n");return -1;}/*创建子进程*/if((pid=fork())==0) //子进程执行代码{//1、子进程先关闭了管道的写端close(pipe_fd[1]);//2、让父进程先运行，这样父进程先写子进程才有内容读sleep(2);//3、读取管道的读端，并输出数据if(read(pipe_fd[0],buf_r, r_num)<0){printf(“read error!”);exit(-1);}printf(“%s\n”,buf_r);//4、关闭管道的读端，并退出close(pipe_fd[1]);}else if(pid>0) //父进程执行代码{//1、父进程先关闭了管道的读端close(pipe_fd[0]);//2、向管道写入字符串数据p_wbuf=&str1;write(pipe_fd[1],p_wbuf,sizof(p_wbuf));p_wbuf=&str2;write(pipe_fd[1],p_wbuf,sizof(p_wbuf));//3、关闭写端，并等待子进程结束后退出close(pipe_fd[1]);}return 0;}/***********************#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <errno.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>int main(){int pipe_fd[2];//管道返回读写文件描述符pid_t pid;char buf_r[100];char* p_wbuf;int r_num;memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));//将buf_r初始化char str1[]="holle";char str2[]="pipe";r_num=10;/*创建管道*/if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipe create error\n");return -1;}/*创建子进程*/if((pid=fork())==0) //子进程执行代码{close(pipe_fd[1]);//1、子进程先关闭了管道的写端//2、让父进程先运行，这样父进程先写子进程才有内容读//3、读取管道的读端，并输出数据if(read(pipe_fd[0],buf_r, r_num)<0){printf("read1 error!");exit(-1);}printf("\nparent write1 %s!",buf_r);sleep(1);if(read(pipe_fd[0],buf_r, r_num)<0){printf("read2 error!");exit(-1);}printf("\nparent write2 %s!",buf_r);close(pipe_fd[1]);//4、关闭管道的读端，并退出exit(1);//printf("child error!");}else if(pid>0) //父进程执行代码{close(pipe_fd[0]);//1、父进程先关闭了管道的读端p_wbuf=str1;//2、向管道写入字符串数据write(pipe_fd[1],p_wbuf,sizeof(str1));sleep(1);p_wbuf=str2;write(pipe_fd[1],p_wbuf,sizeof(str2));close(pipe_fd[1]);//3、关闭写端，并等待子进程结束后退出exit(1);//printf("father error!");}return 0;}**************************/2、编译应用程序pipe_rw.c3、运行应用程序子进程先睡两秒让父进程先运行，父进程分两次写入“hello”和“pipe”，然后阻塞等待子进程退出，子进程醒来后读出管道里的内容并打印到屏幕上再退出，父进程捕获到子进程退出后也退出4、由于fork函数让子进程完整地拷贝了父进程的整个地址空间，所以父子进程都有管道的读端和写端。

《操作系统》实验报告年级、专业、班级 姓名进程间通信实验题目实验时间 2014.11.21 实验地点 A主0410实验成绩 实验性质 □验证性 □设计性 □综合性 教师评价：□算法/实验过程正确； □源程序/实验内容提交 □程序结构/实验步骤合理；□实验结果正确； □语法、语义正确； □报告规范；其他：评价教师签名：一、实验目的1. 了解管道通信的特点，掌握管道通信的使用方法。

2. 了解消息队列通信机制及原理，掌握消息队列相关系统调用的使用方法及功能。

3. 了解Linux系统共享存储区的原理及使用方法。

二、实验项目内容1. 管道通信（1）父进程创建管道和两个子进程p1和p2。

（2）子进程p1打开给定文件（如果没有，则创建文件），并向文件中写数据，写完关闭文件，然后向管道写入一条消息“ok"，目的是通知进程p2可以读取文件内容了。

（3）子进程p2通过管道读取消息，如果消息是“ok”,则打开文件，读取文件内容，并将其输出到屏幕上,关闭文件.2. 消息队列（1）父进程创建消息队列和两个子进程p1和p2。

（2）子进程p1打开给定文件（如果没有，则创建文件），并向文件中写数据，写完关闭文件，然后向消息队列写入一条消息“1",目的是通知进程p2可以读取文件内容了。

（3）子进程p2从消息队列读取消息，如果收到消息,则打开文件，读取文件内容，并将其输出道屏幕上，关闭文件。

3. 共享存储（1）由父进程建立一块共享存储区,并创建两个子进程p1,p2,父进程负责查询存储区状态，以及删除该存储区。

（2）子进程p1链接到该共享存储区，然后向存储区写入数据，写完断开链接。

（3）子进程p2链接到该共享存储区，从存储区读数据，然后断开链接。

注意：为了便于各进程对存储区访问的同步，这里使用信号量方法。

三、实验过程或算法1. 管道通信#include<unistd.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>int main() {int pipefd[2];pid_t pid;char buf[100];int n;为0memset(buf, 0, sizeof(buf));//clear bufif(pipe(pipefd) < 0) {perror("pipe");exit(0);}pid = fork();if(pid == 0) { //child process 1close(pipefd[0]);//close read fdchar *msg="Hello,I am a Pipe user.";write(pipefd[1], msg, 50);}else if(pid > 0) {pid = fork();if(pid == 0) { //child process 2close(pipefd[1]);//close write fdread(pipefd[0], buf, sizeof(buf));fprintf(stdout, "read from pipe is:%s\n", buf);}else if(pid > 0) exit(0);}}2.消息队列//发送消息，msqid是队列id，msg是要发送的消息void sendmsg(int msqid,mymesg msg){printf("msqid:%d,msg:%s\n",msqid,msg.mtext);if((msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), IPC_NOWAIT)) != 0){//消息发送函数printf("pid_1:send msg error!\n");}else{printf("pid_1:send msg: %s succeed!\n", msg.mtext);}}//接收消息，msqid是队列idint rcvmsg(int msqid){mymesg msg={0};AIT);int msg_len = msgrcv(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0, IPC_NOW //接收消息函数if(msg_len < 0){printf("pid_2:receive msg error!\n");return 0;}printf("pid_2:recv msg: %s\n", msg.mtext);return 1;}3.共享存储创建共享存储区 shmid = shmget(IPC_PRIV A TE, SIZE, IPC_CREAT|0600 ) ;//{if ( shmid < 0 )perror("get shm ipc_id error") ;return -1 ;}pid = fork() ;子进程p1if ( pid == 0 ){ //printf("I'm child1 process,my pid is %d.\n",getpid());P操作sem_p(sem_id); //链接到存储区 shmaddr = (char *)shmat( shmid, NULL, 0 ) ;//if ( (int)shmaddr == -1 ){perror("shmat addr error") ;return -1 ;}向存储区写数据strcpy( shmaddr, "Hi,This is share memory!\n") ;//shmdt( shmaddr ) ;//断开链接V操作sem_v(sem_id); //父进程} else if ( pid > 0) {//printf("I'm father process,my pid is %d.\n",getpid());pid = fork();sleep(1);子进程2创建if(pid==0){//printf("I'm child2 process,my pid is %d.\n",getpid());P操作sem_p(sem_id); //读取存储区状态到buf中flag = shmctl( shmid, IPC_STAT, &buf) ;//{if ( flag == -1 )perror("shmctl shm error") ;return -1 ;}printf("shm_segsz =%d bytes\n", buf.shm_segsz ) ;printf("parent pid=%d, shm_cpid = %d \n", getppid(), buf.shm_cpid ) ;printf("chlid pid=%d, shm_lpid = %d \n",pid, buf.shm_lpid ) ;printf("shm_segsz =%d \n", buf.shm_perm.mode );shmaddr = (char *) shmat(shmid, NULL, 0 ) ;链接到存储区，读取其中数据if ( (int)shmaddr == -1 ){//perror("shmat addr error") ;return -1 ;}//打印数据到屏幕printf("%s", shmaddr) ;V操作sem_v(sem_id); //断开链接shmdt( shmaddr) ;//}else{perror("fork error.") ;shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) ;}删除该存储区shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) ;//return 0 ;}四、实验结果及分析和（或）源程序调试过程（包含程序使用方法、程序运行截图），实验过程中遇到的问题分析与心得体会。

进程实验3 Linux 进程间通信一、软中断信号的处理，实现同一用户的各进程之间的通信。

●相关的系统调用⏹kill(pid ,sig)：发送信号⏹signal（sig, func）：指定进程对信号sig的处理行为是调用函数func。

●程序清单#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <signal.h>void waiting();void stop();int wait_mark;main(){int p1,p2;while((p1=fork())==-1);if(p1>0){while((p2=fork())==-1);if(p2>0){ printf("parent\n");/*父进程在此完成某个操作、或接收到用户从键盘输入的特殊按键命令后发出下面的信号。

这里省略。

*/kill(p1,16);kill(p2,17);wait(0);wait(0);printf("parent process id killed! \n");exit(0);}else/* p2==0*/{printf("p2\n");wait_mark=1;signal(17,stop);waiting();printf("child process 2 is killed by parent! \n");exit(0);}}else/*p1==0*/{printf("p1\n");wait_mark=1;signal(16,stop);waiting();printf("child process 1 is kelled by parent! \n");exit(0);}}void waiting(){while(wait_mark!=0);}void stop(){wait_mark=0;}●输入并运行此程序，分析程序的运行结果。

实验6 进程间通信一、实验目的：通过本实验了解和掌握进程间通讯的相关知识，（1）了解进程通信的基本原理。

（2）了解和熟悉管道通信，消息传送机制及共享存储机制。

二．实验内容1.进程的管道通信阅读下列程序，完成实验任务。

#include<unistd.h>#include<signal.h>#include<stdio.h>int pid1,pid2;main(){int fd[2];char outpipe[100],inpipe[100];pipe(fd); //将fd装入管道中while((pid1=fork())==-1); //如果进程没有创建成功，则一直循环if(pid1==0) //如果是子进程{lockf(fd[1],1,0);sprintf(outpipe,"chile 1 process a message!");//将字符串读入到oupipe中去write(fd[1],outpipe,50); //将outpipe写入到fd[1]中sleep(5); //睡眠5秒lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else //是父进程{while((pid2=fork())==-1);if(pid2 == 0) //进程创建成功，并且是子进程{lockf(fd[1],1,0);sprintf(outpipe,"child 2 process is sending a message!");write(fd[1],outpipe,50);sleep(5);lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{wait(0); //等待进程read(fd[0],inpipe,50); //将inpipe读入fd[0]中去，printf("%s\n",inpipe); //打印出子进程2wait(0);read(fd[0],inpipe,50);printf("%s\n",inpipe); //打印出子进程1exit(0);}}}实验任务：（1），读懂上面的程序，编译执行，分析为什么会出现这样的结果。

case -1:perror("fork()");exit(0);case 0:do_child_loop(sem_set_id,FILE_NAME);exit(0);default:break;}}for(i = 0;i<10;i++){int child_status;wait(&child_status);}printf("main is done");fflush(stdout);return 0;}运行结果：二、共享主存段机制共享主存段为进程提供了直接通过主存进行通信的有效手段，不像消息缓存机制那样需要系统提供缓存，也不像pipe机制那样需要事先建立一个特殊文件，而是有通信双方直接访问某些共享虚拟存储器空间。

在系统V中，系统管理一组共享主存段控制块。

通信进程在使用共享主存段以前，首先提出申请，系统为止分配存储空间并返回共享主存段标识号。

一个共享段建立后，进程把它被附加到自己的虚拟存储空间中。

一个进程可以附加多个共享主存段。

一个主存段一旦被附加到进程的虚拟机空间后，对它的访问以其他虚拟机的访问完全相同。

但为了保证共享主存段数据完整性，通信的进程之间要互斥的进行访问。

当通信进程不再需要该共享主存段时，可使用命令将其与进程分离，从而使其进程的虚空间删除。

为了理解进程通过共享主存段的通信过程，下面举例，一个是进程向共享段写信息的例子：一个是进行从共享段读信息的例子。

代码如下：四、实验过程与分析一、信号量机制在第一个例子的程序中创建了5个并发子进程，互斥地对文件进行写操作，将自己的进程号写到文件中去，信号量的初值为1，当地一个进程执行update_file函数时首先将信号量值-1，（相当于P操作）致使其它进程等待无法操作文件，直到其结束后，将其值变为1后（相当于V操作），其它进程并发竞争对文件的写操作，并将自己的pid 写入文件中。

在linux中信号量机制的执行既步骤如下所示：（1）信号量的定义：struct semaphore {spinlock_t lock;unsigned int count;struct list_head wait_list;};在linux中，信号量用上述结构体表示，我们可以通过该结构体定义一个信号量。

第1篇一、实验目的1. 理解进程通信的概念和原理；2. 掌握进程通信的常用机制和方法；3. 能够使用进程通信机制实现进程间的数据交换和同步；4. 增强对操作系统进程管理模块的理解。

二、实验环境1. 操作系统：Linux2. 编程语言：C3. 开发环境：GCC三、实验内容1. 进程间通信的管道机制2. 进程间通信的信号量机制3. 进程间通信的共享内存机制4. 进程间通信的消息队列机制四、实验步骤1. 管道机制（1）创建管道：使用pipe()函数创建管道，将管道文件描述符存储在两个变量中，分别用于读和写。

（2）创建进程：使用fork()函数创建子进程，实现父子进程间的通信。

（3）管道读写：在父进程中，使用read()函数读取子进程写入的数据；在子进程中，使用write()函数将数据写入管道。

（4）关闭管道：在管道读写结束后，关闭对应的管道文件描述符。

2. 信号量机制（1）创建信号量：使用sem_open()函数创建信号量，并初始化为1。

（2）获取信号量：使用sem_wait()函数获取信号量，实现进程同步。

（3）释放信号量：使用sem_post()函数释放信号量，实现进程同步。

（4）关闭信号量：使用sem_close()函数关闭信号量。

3. 共享内存机制（1）创建共享内存：使用mmap()函数创建共享内存区域，并初始化数据。

（2）映射共享内存：在父进程和子进程中，使用mmap()函数映射共享内存区域。

（3）读写共享内存：在父进程和子进程中，通过指针访问共享内存区域，实现数据交换。

（4）解除映射：在管道读写结束后，使用munmap()函数解除映射。

4. 消息队列机制（1）创建消息队列：使用msgget()函数创建消息队列，并初始化消息队列属性。

（2）发送消息：使用msgsnd()函数向消息队列发送消息。

（3）接收消息：使用msgrcv()函数从消息队列接收消息。

（4）删除消息队列：使用msgctl()函数删除消息队列。

进程间通信实验8000114134 欧阳为软工143Q1:使用无名管道pipe()，进行父子进程之间的通信。

A1:截图如下：分析：这段程序使用匿名管道，实现了同一进程组（父子进程间）的通信。

首先父进程使用函数pipe( )创建一个匿名管道，chan1[ ]被填入两个文件描述符，在该程序中chan[0]负责读操作，chan[1]负责写操作；创建匿名管道之后使用fork( )创建子进程，由于匿名管道是半双工的，即数据只能向一个方向流动，父进程写入数据，子进程读出，如果子进程一直不读出数据，写操作就会阻塞；程序为了保证正确通信，在父进程执行写操作时关闭读管道（close(chan1[0])）;子进程读期间，关闭写管道。

Q2:以命名行为参数的管道文件的示例。

(假设有一个可执行程序chcase，从标准输入设备读字符，将小写字母转化成大写字母并输出。

主程序使用popen创建管道，实现蒋某文本文件中的字幕转化成大写字母，其中的文本文件名作为参数传进来。

)A2:截图如下：分析：在执行该程序之前，首先编译完成字符串大小写转变程序chcase以及文本文件chcase.txt。

在执行该程序时，文本文件需要作为参数传入；程序首先使用fopen（）打开文本文件，若文本文件存在打开成功，则使用popen( )函数打开一个管道，popen( )函数用创建管道的方式启动一个进程，又因为管道是单向的，所以其type 参数只能定义成只读或者只写，如图：启动进程为只写，此时popen( )创建了一个只写管道，将命令行chcase 的输入与管道的输入连接，向管道输入数据，进程chcase 读出数据并将数据转化为大写。

Q3:创建有名管道A3:截图如下：分析：使用mknod（）创建一个命名管道fifo，第一个参数是要创建的管道名，第二个参数指文件类型，第三个参数指设备号（普通文件设备号为0），命名管道遵循先进先出原则。

当输入命令的参数小于2时，进程为读数据而打开命名管道，而在之前并未因为写操作而打开管道，即管道中并没有数据，所以进程阻塞；输入命令参数等于2 ，进程打开管道写入数据，将字符串string的数据写入fifo 文件，最后输入小于2的命令行参数，进程读数据并输出。

实验：进程之间的通信管道1．Pipe函数与进程通信下面实验为使用管道进行父子进程间通信。

程序首先判断参数是否合法，因为输入的字符将从父进程通过发送到子进程中。

然后，调用pipe函数创建父子进程用于通信的管道。

使用fork函数创建子进程时，子进程会获得与父进程相同的资源，其中包括文件描述符信息。

因此，调用fork函数须在pipe函数调用前。

当父子进程通过管道进行通信时，files[1]为用于数据写入的文件描述符.因此,在子进程中,要读取管道中的数据可以调用read函数，而读取得文件描述符为files[0]。

对于父进程而言，写入数据需要调用write 函数，要写入的文件描述为files[1]。

#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main(int argc,char* argv[]){int f_des[2];int pid;char msg[BUFSIZ];if(argc!=2){printf("Usage: %s message\n",argv[0]);return 1;}if(pipe(f_des)==-1){perror("cannot create the IPC pipe");return 1;}pid=fork();if(pid==-1){perror("cannot create new process");return 1;}else if(pid==0){close(f_des[1]);if(read(f_des[0],msg,BUFSIZ)==-1){perror("child process cannot read data from pipe");return 1;}elseprintf("in child process, receive message: %s\n",msg);_exit(0);}else {close(f_des[0]);if(write(f_des[1],argv[1],strlen(argv[1]))==-1){perror("parent process cannot write data to pipe");return 1;}elseprintf("in parent process, send message: %s\n",argv[1]);wait(NULL);_exit(0);}return 0;}2. Shell管道重订向的实现实现了在SHELL中的两个命令的组合。