Linux进程间通信(2)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 <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>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_RMIDIPC_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<sys/types.h>#include<unistd.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/types.h>#include<sys/sem.h>#include<sys/ipc.h>#define DELAY_TIME 3union 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<sys/types.h>#include<unistd.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/types.h>#include<sys/sem.h>#include<sys/ipc.h>#define DELAY_TIME 3union 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。