实验八 进程间通信

实验八 进程间通信

项目	内容
这个作业属于哪个课程	2020春季Linux系统与应用课程
这个作业的要求在哪里	作业要求
学号-姓名	17043123-夏财文
作业学习目标	1. 了解进程间通信的常用方式； 2. 掌握管道、消息队列、信号量、共享内存实现进程间通信的方法

实验内容

1、 举例说明使用匿名管道进行进程通信。

匿名管道： 当进程使用 pipe 函数，就可以打开位于内核中的这个特殊“文件”。同时 pipe 函数会返回两个描述 符，一个用于读，一个用于写。如果你使用 fstat 函数来测试该描述符，可以发现此文件类型为 FIFO 。而无名管道的无名，指的就是这个虚幻的“文件”，它没有名字。

man 2 pipe

pipe 函数打开的文件描述符是通过参数（数组）传递出来的，而返回值表示打开成功（0）或失败 （-1）。

它的参数是一个大小为 2 的数组。此数组的第 0 个元素用来接收以读的方式打开的描述符，而第 1 个元素用来接收以写的方式打开的描述符。也就是说， pipefd[0] 是用于读的，而pipefd[1]是用于写的。打开了文件描述符后，就可以使用 read(pipefd[0])和 write(pipefd[1]) 来读写数据了。

如果关闭读 ( close(pipefd[0]) ) 端保留写端，继续向写端( pipefd[1] ) 端写数据( write函数)的进程会收到SIGPIPE 信号。 如果关闭写 ( close(pipefd[1])) 端保留读端，继续向读端 ( pipefd[0] ) 端读数据( read 函数)， read函数会返回 0. 例题：父进程fork 出一个子进程，通过无名管道向子进程发送字符，子进程收到数据后将字符串中的 小写字符转换成大写并输出。

2、举例说明使用 mkfifo 命令创建命名管道以及简单演示管道如何工作。

命名管道 1) 通过命令 mkfifo 创建管道 man mkfifo

2) 通过函数 mkfifo(3) 创建管道 man 3 mkfifo

FIFO 文件的特性

a） 查看文件属性

当使用mkfifo创建 hello 文件后，查看文件信息如下：

b) 使用cat命令打印 hello文件内容

接下来cat命令被阻塞住。开启另一个终端，执行：

然后看到被阻塞的cat又继续执行完毕，在屏幕打印 “hello world”。如果反过来执行上面两个命令，会发现先执行的那个总是被阻塞。

c) fifo 文件特性 根据前面两个实验，可以总结： 文件属性前面标注的文件类型是p ，代表管道 文件大小是0 fifo文件需要有读写两端，否则在打开 fifo文件时会阻塞。当然了，如果在 open的时候，使用了非阻塞方式，肯定是不会阻塞的。特别地，如果以非阻塞写的方 式 open ，同时没有进程为该文件以读的方式打开，会导致open 返回错误(-1)，同时 errno 设置成 ENXIO.

3、编写两个程序使用第2题中创建的管道进行通信。

编写两个程序，分别是发送端 pipe_send 和接收端面pipe_recv。程序 pipe_send从标准 输入接收字符，并发送到程序 pipe_recv ，同时 pipe_recv将接收到的字符打印到屏幕。

分别开启两个终端，分别运行 pipe_send 和pipe_recv:

现在两个终端都处于阻塞状态，我们在运行pipe_send的终端输入数据，然后我们就可以在运行pipe_recv的终端看到相应的输出:

可以用组合按键结束上述两个进程。

4、编写两个程序分别通过指定的键值创建 IPC 内核对象，以及获取该指定键值的 IPC 内核对象。

IPC内核对象 每个 IPC 内核对象都是位于内核空间中的一个结构体。具体的对于共享内存、消息队列和信号量，他 们在内核空间中都有对应的结构体来描述。当你使用get后缀创建内核对象时，内核中就会为它开辟 一块内存保存它。只要你不显式删除该内核对象，它就永远位于内核空间中，除非你关机重启。

创建IPC 内核对象 man 2 shmget

man 2 msgget

man 2 semget

在创建IPC内核对象时，用户程序一定需要提供key值才行。实际上，创建 IPC 内核对象的函数和获 取内核对象 id 的函数是一样的，都是使用 get后缀函数。比如在键值 0x8888 上创建ipc内核对象， 并获取其id，应该像下面这样：

程序ipccreate用于在指定的键值上创建ipc内核对象。使用格式为 ./ipccreate ，比如 ./ipccreate 0 0x8888表示在键值0x8888上创建共享内存。

获取ipc 内核对象

程序ipcget用于在指定的键值上获取ipc内核对象的id 号。使用格式为./ipcget，比如 ./ipcget 0 0x8888 表示获取键值 0x8888上的共享内存 id号。

5、编写一个程序 shmctl可以用来创建、删除内核对象，也可以挂接、卸载共享内存，还可以打印、设置内核对象信息。

前面已经知道如何创建内核对象，接下来分别了解三种内核对象的操作： man 2 shmop

man 2 shmctl

先在另一个终端执行./shmctl -a，然后在当前终端执行./shmctl -v（注意手速，5秒内要搞定）。

6、编写两程序分别用于向消息队列发送数据和接收数据。

程序 msg_send和 msg_recv 分别用于向消息队列发送数据和接收数据。msg_send程序定义了 一个结构体Msg ，消息正文部分是结构体 Person 。该程序向消息队列发送了 10 条消息。

消息队列 ：消息队列本质上是位于内核空间的链表，链表的每个节点都是一条消息。每一条消息都有自己的消息类 型，消息类型用整数来表示，而且必须大于 0.每种类型的消息都被对应的链表所维护

消息队列相关的函数 man 2 msgop

消息数据格式 无论你是发送还是接收消息，消息的格式都必须按照规范来

msg_recv 程序接收一个参数，表示接收哪种类型的消息。比如 ./msg_recv 4 表示接收类型为 4 的消 息，并打印在屏幕。

先运行./msg_send，再运行 ./msg_recv 。 接收所有消息:

接收类型为 4 的消息,这时要重新运行./msg_send :

接收类型小于等于 3 的所有消息,这是不用再运行./msg_send :

还有一个函数来操作消息队列内核对象的 man 2 msgctl

7、编写程序举例说明信号量如何操作

设置和获取信号量值的函数 semctl: man 2 semctl

请求和释放信号量 semop man 2 semop

8、编写程序使用信号量实现父子进程之间的同步，防止父子进程抢夺 CPU 。

这里可以看到字符是成对出现的，如果大家修改程序把57行sem_p();和64行sem_v();注释掉，在编译运行会发现字符可能就不会成对出现了，这里就是用信号量来帮我们实现进程间的同步的。