实验3：进程通信

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1、实验 3：进程通信一、实验目的和要求一、实验目的和要求1、学习进程通信机制的相关知识，建立调用者/服务者的关系。2、了解什么是信号，熟悉 LINUX 系统中进程之间软中断通信的基本原理。2、通过编程实验在两个进程之间实现进程间共享存储区通信。3、深入掌握 Linux 操作系统下的进程间通信的相关方法。二、实验内容二、实验内容1、编写程序：用 fork( )创建两个子进程，再用系统调用 signal( )让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按c 键） ；捕捉到中断信号后，父进程用系统调用 kill( )向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后分别输出下列信息后终止：Child process1 i

2、s killed by parent!Child process2 is killed by parent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：Parent process is killed!2、编制一长度为 1k 的共享存储区的包含发送和接收的程序。三、实验指导三、实验指导一、信号一、信号 1、信号的基本概念 每个信号都对应一个正整数常量(称为 signal number,即信号编号。定义在 系统头文件中)，代表同一用户的诸进程之间传送事先约定的信息的类 型，用于通知某进程发生了某异常事件。每个进程在运行时，都要通过信号机 制来检查是否有信号到达。若有，便中断正在执行的程序，

3、转向与该信号相对 应的处理程序，以完成对该事件的处理；处理结束后再返回到原来的断点继续 执行。实质上，信号机制是对中断机制的一种模拟，故在早期的 UNIX 版本中 又把它称为软中断。 信号与中断的相似点： （1）采用了相同的异步通信方式； （2）当检测出有信号或中断请求时，都暂停正在执行的程序而转去执行相 应的处理程序； （3）都在处理完毕后返回到原来的断点；（4）对信号或中断都可进行屏蔽。 信号与中断的区别： （1）中断有优先级，而信号没有优先级，所有的信号都是平等的； （2）信号处理程序是在用户态下运行的，而中断处理程序是在核心态下运 行； （3）中断响应是及时的，而信号响应通常都有较大的

4、时间延迟。 信号机制具有以下三方面的功能： （1）发送信号。发送信号的程序用系统调用 kill( )实现； （2）预置对信号的处理方式。接收信号的程序用 signal( )来实现对处理方 式的预置； （3）收受信号的进程按事先的规定完成对相应事件的处理。 2、信号的发送 信号的发送，是指由发送进程把信号送到指定进程的信号域的某一位上。 如果目标进程正在一个可被中断的优先级上睡眠，核心便将它唤醒，发送进程 就此结束。一个进程可能在其信号域中有多个位被置位，代表有多种类型的信 号到达，但对于一类信号，进程却只能记住其中的某一个。 进程用 kill( )向一个进程或一组进程发送一个信号。 3、对信号

5、的处理 当一个进程要进入或退出一个低优先级睡眠状态时，或一个进程即将从核 心态返回用户态时，核心都要检查该进程是否已收到软中断。当进程处于核心 态时，即使收到软中断也不予理睬；只有当它返回到用户态后，才处理软中断 信号。对软中断信号的处理分三种情况进行： （1）如果进程收到的软中断是一个已决定要忽略的信号（function=1） ，进 程不做任何处理便立即返回； （2）进程收到软中断后便退出（function=0） ； （3）执行用户设置的软中断处理程序。 二、所涉及的中断调用 1、kill( ) 系统调用格式 int kill(pid,sig) 参数定义 int pid,sig; 其中，pi

6、d 是一个或一组进程的标识符，参数 sig 是要发送的软中断信号。 （1）pid0 时，核心将信号发送给进程 pid。 （2）pid=0 时，核心将信号发送给与发送进程同组的所有进程。 （3）pid=-1 时，核心将信号发送给所有用户标识符真正等于发送进程的有 效用户标识号的进程。 2、signal( ) 预置对信号的处理方式，允许调用进程控制软中断信号。 系统调用格式 signal(sig,function) 头文件为#include 参数定义 signal(sig,function)int sig; void (*func) ( ) 其中 sig 用于指定信号的类型，sig 为 0 则表示

7、没有收到任何信号，余者如 下表：值名 字说 明 01SIGHUP挂起（hangup） 02SIGINT中断，当用户从键盘按c 键或break 键时 03SIGQUIT退出，当用户从键盘按 quit 键时 04SIGILL非法指令 05SIGTRAP跟踪陷阱（trace trap） ，启动进程，跟踪代码的执行 06SIGIOTIOT 指令 07SIGEMTEMT 指令 08SIGFPE浮点运算溢出 09SIGKILL杀死、终止进程 10SIGBUS总线错误 11SIGSEGV段违例（segmentation violation） ，进程试图去访问其虚地址空 间以外的位置 12SIGSYS系统调用

8、中参数错，如系统调用号非法 13SIGPIPE向某个非读管道中写入数据 14SIGALRM闹钟。当某进程希望在某时间后接收信号时发此信号 15SIGTERM软件终止（software termination） 16SIGUSR1用户自定义信号 1 17SIGUSR2用户自定义信号 2 18SIGCLD某个子进程死 19SIGPWR电源故障function：在该进程中的一个函数地址，在核心返回用户态时，它以软中断 信号的序号作为参数调用该函数，对除了信号 SIGKILL，SIGTRAP 和 SIGPWR 以外的信号，核心自动地重新设置软中断信号处理程序的值为 SIG_DFL，一个 进程不能捕获

9、SIGKILL 信号。 function 的解释如下： （1）function=1 时，进程对 sig 类信号不予理睬，亦即屏蔽了该类信号； （2）function=0 时，缺省值，进程在收到 sig 信号后应终止自己； （3）function 为非 0，非 1 类整数时，function 的值即作为信号处理程序的 指针。 二、共享存储区二、共享存储区 1、共享存储区机制的概念 共享存储区（Share Memory）是 UNIX 系统中通信速度最高的一种通信 机制。该机制可使若干进程共享主存中的某一个区域，且使该区域出现（映射） 在多个进程的虚地址空间中。另一方面，一个进程的虚地址空间中又可连

10、接多 个共享存储区，每个共享存储区都有自己的名字。当进程间欲利用共享存储区 进行通信时，必须先在主存中建立一共享存储区，然后将它附接到自己的虚地 址空间上。此后，进程对该区的访问操作，与对其虚地址空间的其它部分的操作完全相同。进程之间便可通过对共享存储区中数据的读、写来进行直接通信。 图示列出二个进程通过共享一个共享存储区来进行通信的例子。其中，进程 A 将建立的共享存储区附接到自己的 AA区域，进程 B 将它附接到自己的 BB区 域。进程 A 的虚空间 内存空间 进程 B 的虚空间AA应当指出，共享存储区机制只为进程提供了用于实现通信的共享存储区和 对共享存储区进行操作的手段，然而并未提供对

11、该区进行互斥访问及进程同步 的措施。因而当用户需要使用该机制时，必须自己设置同步和互斥措施才能保 证实现正确的通信。 二、涉及的系统调用 1、shmget( ) 创建、获得一个共享存储区。 系统调用格式：shmid=shmget(key,size,flag) 该函数使用头文件如下： #include #include #include 参数定义int shmget(key,size,flag);key_t key;int size,flag; 其中，key 是共享存储区的名字；size 是其大小（以字节计） ；flag 是用户 设置的标志，如 IPC_CREAT。IPC_CREAT 表示若系统

12、中尚无指名的共享存储 区，则由核心建立一个共享存储区；若系统中已有共享存储区，便忽略 IPC_CREAT。 附：操作允许权 八进制数用户可读 00400用户可写 00200小组可读 00040小组可写 00020 其它可读 00004其它可写 00002正文数据栈共享 存储区正文数据 BB 栈控制命令 值 IPC_CREAT 0001000 IPC_EXCL 0002000 例：shmid=shmget(key,size,(IPC_CREAT|0400)创建一个关键字为 key，长度为 size 的共享存储区 2、shmat( )共享存储区的附接。从逻辑上将一个共享存储区附接到进程的虚拟地址空

13、 间上。 系统调用格式：virtaddr=shmat(shmid,addr,flag) 该函数使用头文件如下： #include #include #include 参数定义char *shmat(shmid,addr,flag);int shmid,flag;char * addr; 其中，shmid 是共享存储区的标识符；addr 是用户给定的，将共享存储区 附接到进程的虚地址空间；flag 规定共享存储区的读、写权限，以及系统是否 应对用户规定的地址做舍入操作。其值为 SHM_RDONLY 时，表示只能读；其 值为 0 时，表示可读、可写；其值为 SHM_RND（取整）时，表示操作系统在

14、 必要时舍去这个地址。该系统调用的返回值是共享存储区所附接到的进程虚地 址 viraddr。 3、shmdt( ) 把一个共享存储区从指定进程的虚地址空间断开。 系统调用格式：shmdt(addr) 该函数使用头文件如下： #include #include #include 参数定义int shmdt(addr);char addr; 其中，addr 是要断开连接的虚地址，亦即以前由连接的系统调用 shmat( )所 返回的虚地址。调用成功时，返回 0 值，调用不成功，返回-1。 4、shmctl( ) 共享存储区的控制，对其状态信息进行读取和修改。 系统调用格式：shmctl(shmid,

15、cmd,buf) 该函数使用头文件如下： #include #include #include 参数定义int shmctl(shmid,cmd,buf);int shmid,cmd;struct shmid_ds *buf; 其中，buf 是用户缓冲区地址，cmd 是操作命令。命令可分为多种类型： （1）用于查询有关共享存储区的情况。如其长度、当前连接的进程数、共 享区的创建者标识符等； （2）用于设置或改变共享存储区的属性。如共享存储区的许可权、当前连 接的进程计数等； （3）对共享存储区的加锁和解锁命令； （4）删除共享存储区标识符等。 上述的查询是将 shmid 所指示的数据结构中的有关成员，放入所指示的缓 冲区中；而设置是用由 buf 所指示的缓冲区内容来设置由 shmid 所指示的数据 结构中的相应成员。