进程间通信

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| 16041528 薛正 |
| 了解进程间通信的常用方式 |
| 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 |

1.举例说明使用匿名管道进行进程通信。

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。


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。

注意事项:这两个分别用于读写的描述符必须同时打开才行,否则会出问题。

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.

hellopipe程序

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。

当使用 mkfifo 创建 hello 文件后,查看文件信息如下:

cat 命令被阻塞时在另一终端echo

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。

根据前面两个实验,可以总结:
(1)文件属性前面标注的文件类型是 p ,代表管道
(2)文件大小是 0
(3)fifo 文件需要有读写两端,否则在打开 fifo 文件时会阻塞
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。


分别开启两个终端,分别运行 pipe_send 和 pipe_recv :

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。

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。只要不显式删除该内核对象,它就永远位于内核空间中,除非关机重启。

进程空间的高 1G 空间( 3GB-4GB )是内核空间,该空间中保存了所有的 IPC 内核对象。上图给出不同的 IPC 内核对象在内存中的布局(以数组的方式),实际操作系统的实现并不一定是数组,也可能是链表或者其它数据结构等等。每个内核对象都有自己的 id 号(数组的索引)。此 id 号可以被用户空间使用。所以只要用户空间知道了内核对象的 id 号,就可以操控内核对象了。
​ 为了能够得到内核对象的 id 号,用户程序需要提供键值—— key ,它的类型是 key_t ( int 整型)。系统调用函数( shmget , msgget 和 semget )根据 key ,就可以查找到你需要的内核 id 号。在内核创建完成后,就已经有一个唯一的 key 值和它绑定起来了,也就是说 key 和内核对象是一 一对应的关系。( key = 0 为特殊的键,它不能用来查找内核对象)




5.编写一个程序可以用来创建、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。

./shmctl -c : 创建内核对象。
./shmctl -d : 删除内核对象。
./shmctl -v : 显示内核对象信息。
./shmctl -s : 设置内核对象(将权限设置为 0600 )。
./shmctl -a : 挂接和卸载共享内存(挂接 5 秒后,再执行 shmdt ,然后退出)。



先在另一个终端执行 ./shmctl -a ,然后在当前终端执行 ./shmctl -v

可看出第一次执行./shmctl -v共享内存已挂接,5s后执行第二次./shmctl -v共享内存被卸载。

6.编写两程序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,下图展示了内核空间的一个消息队列:



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,这时不用再运行 ./msg_send :

7.编写程序举例说明信号量如何操作。

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。

可以看到,输出是成对出现的:

去除sem_p();和sem_v();,发现字符不成对出现了。这里使用信号量来实现进程间的同步:

posted @ 2021-06-14 19:24  U3V6dXJhbg  阅读(22)  评论(0编辑  收藏  举报