linux课程设计

Linux课程设计报告专业班级：学号：姓名：使用共享内存来完成进程间通信一、相关原理介绍分析1，共享内存的三种实现方式（1）POSIX共享内存对象：shm_open创建一个名称为tmp的共享内存区对象后，在/dev/shm/下可以看到对应的文件（tmpfs的文件系统可以看成是直接对内存操作，速度非常快）。

cat可以看到映射的内容。

进程重启共享内存中数据不会丢失，内核自举或显示调用shm_unlink或rm掉文件删除后丢失（2）POSIX文件映射：通过映射一个普通文件（匿名文件或一个打开的命名文件）实现共享内存——mmap()。

该方式的特点接口简单，较通用。

可利用cat查看映射的文件，要注意考虑进程终止对通信的影响。

该方式也是本实验使用的方式，下面将做具体表述。

（3）systemV共享内存：通过映射特殊存储块shm中的文件实现进程间的共享内存通信——主要有以下几个API：shmget()、shmat()、shmdt()及shmctl()。

本方式无法看到文件实体。

进程重启共享内存中数据不会丢失，内核自举或显示调用shmdt或使用ipcrm删除后丢失。

2，POSIX文件映射共享内存简介POSIX文件映射指mmap mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。

普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write（）等操作。

3，POSIX文件映射共享内存实现方法(1)文件与address_space结构的对应：一个具体的文件在打开后，内核会在内存中为之建立一个struct inode结构，其中的i_mapping域指向一个address_space结构。

这样，一个文件就对应一个address_space结构，一个address_space与一个偏移量能够确定一个page cache 或swap cache中的一个页面。

因此，当要寻址某个数据时，很容易根据给定的文件及数据在文件内的偏移量而找到相应的页面。

(2)进程调用mmap()时，只是在进程空间内新增了一块相应大小的缓冲区，并设置了相应的访问标识，但并没有建立进程空间到物理页面的映射。

4，主要函数介绍：(1)void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset )①返回值为最后文件映射到进程空间的地址，进程可直接操作起始地址②addr指定文件应被映射到进程空间的起始地址，一般被指定一个空指针，此时选择起始地址的任务留给内核来完成。

③len是映射到调用进程地址空间的字节数，它从被映射文件开头offset个字节开始算起。

④prot 参数指定共享内存的访问权限。

PROT_READ（可读）,PROT_WRITE （可写）,PROT_EXEC （可执行）,PROT_NONE（不可访问）。

⑤flags由以下几个常值指定：MAP_SHARED , （与private选择其一）MAP_PRIV ATE ,MAP_FIXED，（不推荐使用）⑥fd为即将映射到进程空间的文件描述字，一般由open()返回，同时，fd可以指定为-1，此时须指定flags参数中的MAP_ANON，表明进行的是匿名映射⑦offset参数一般设为0，表示从文件头开始映射。

(2) int open( const char * pathname,int flags, mode_t mode);①p athname 指向欲打开的文件路径字符串。

②f lags 所能使用的旗标:O_RDWR 以可读写方式打开文件。

O_CREAT 若欲打开的文件不存在则自动建立该文件。

O_TRUNC 若文件存在并且以可写的方式打开时，此旗标会令文件长度清为0，而原来存于该文件的资料也会消失。

③Mode有多种组合，只有在建立新文件时才会生效，此外真正建文件时的权限会受到umask值所影响，因此该文件权限应该为（mode-umaks）。

S_IRWXG 00777，代表具有可读可写可操作二，设计实现1，功能介绍实现了共享内存机制。

在一个终端上运行writer端，由于writer端得程序设置了八个缓冲区，因此可以依次输入，在另一个终端上运行reader端，在reader端可以读到数据并且屏幕输出。

实现了信号量同步机制。

程序中应用了信号量，reader端和writer端不能同时对同一缓冲区进行操作。

2，程序结构框图3，程序代码（1）写者程序：w.c#define NRBUF 8 //设置常数缓冲区的个数int empty[NRBUF];int main(){/*数据结构的声明*/int i=0,fd;struct buffer_head *buf;struct buffer_head bu[NRBUF];char temp[20];fd=open("arg",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777);//打开文件truncate("arg",sizeof(bu)); //实际分配内存空间buf=(structbuffer_hea*)mmap(NULL,sizeof(bu),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//非配缓冲区close(fd);//关闭文件/* 初始化信号量*/for(i=0;i<NRBUF;i++){empty[i] = CreateSem(1);//产生信号量 }/* 初始化缓冲区*/int k=0;for(k=0;k<NRBUF-1;k++){//(bu)->data =NULL;(buf+k)->b_next=buf+k+1;(buf+k)->sem = empty[k];(buf+k)->lo = k+1;}(buf+NRBUF-1)->b_next = buf;(buf+NRBUF-1)->sem = empty[NRBUF-1];(buf+NRBUF-1)->lo = NRBUF;i=0;while(1){/*进行PV操作 */Psem(buf->sem);printf(" writer 缓冲区%d :",buf->lo);printf("请输入一个字符串");gets(temp);memcpy(buf->data,temp,20); //内存拷贝buf=buf->b_next;}}（2）读者程序：r.c#define NRBUF 8//缓冲区个数int empty[NRBUF];// 数组，存放信号量值int main(){/* */int i=0,fd;/*结构的声明*/struct buffer_head *buf;struct buffer_head bu[NRBUF];char temp[20];fd=open("arg",O_CREAT|O_RDWR,00777); //打开文件buf=(struct buffer_head*)mmap(NULL,sizeof(bu),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0); //分配缓冲区 close(fd);struct buffer_head *re;re = buf;while(1) //做循环操作，依次从缓冲区读取内容，{Psem((re+i)->sem); //首先进行P操作，如果缓冲区正内进行操作则等待 printf("Reader 缓冲区%d: ",(re+i)->lo);printf("%s\n",(re+i)->data);Vsem((re+i)->sem);\i=++i%NRBUF;sleep(3);}}Mysemop.hint CreateSem( int value);int SetSemValue(int sem_id, int value);void DeleteSem(int sem_id);/* PV操作函数 */int Psem(int sem_id);int Vsem(int sem_id);/* */#endif三、测试与总结1，编译过程与运行（1）开启两个终端一和二，cd进入到程序文件夹下，分别执行gcc mysemop.h mysemop.c –o w w.cgcc mysemop.h mysemop.c –o r r.c（2），在两个终端上各自运行./w 和./r ,则会出现以下界面（3）在终端一上的提示处输入随意字符，则在终端二会得到相应的输出（4）终端一中依然会提示输入内容，因为一共有八个缓冲区，最后会出现循环缓冲区的问题3，出现的问题及解决办法（1）总线错误：该错误出现的原因是由内存未对齐的读和写导致的。

出现在程序初运行时，出现的原因是，reader 函数的open 方法中flag多加了一个参数O_TRUNC ，该参数的作用是，若文件存在并且以可写的方式打开时，此旗标会令文件长度清为0，而原来存于该文件的资料也会消失。

所以经常出现，文件中已经写入了东西，但是进行读操作后，文件中的数据马上消失，并且读不出来，出现总线错误（2）段错误：该错误就是指访问的内存超出了系统所给这个程序的内存空间，经常出现在指针的问题上，由于对于指针的掌握较于薄弱。

如对于字符类型，不能用“%d”来输出。

即不同数据类型不能混用。

还有就是MMap（）函数的返回值需要进行强制转化，否则也会出现段错误。

即出现段错误的地方多是指针操作的地方。

4，总结：（1），基础知识掌握不够牢固，对于C语言的程序编写在之前没有深入研究过，用到的时候就捉襟见肘，作为一项基本的编程语言，以后还需要多加掌握。

（2）对于linux的操作不够熟练，浪费了很多时间，以及在出现问题之后经常不知所措，不知道采取什么办法来解决，多加练习一些linux中的基本操作。

（3），资料的贫乏，网上的知识重复量太大，输入一个关键词，不同的网站出来的竟然都是一样的文章，限制了资料的查询，说明在这方面的研究还较少。

如果有基本辅导书进行帮助的话估计会好点！四，参考文献。