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1、2003级操作系统课程设计指导二进程间通信设计2006/6/20 沈奕鹏 管建军一、设计目的Linux系统的进程通信机构(IPC)允许在任意进程间大批量地交换数据。本实验的目的是了解和熟悉 Linux 支持的消息通信机制、共享存储区机制及信息量机制。二、设计内容1. 消息的创建，发送和接收。 使用系统调用msgget(), msgsnd(), msgrev()及msgctl()编制一长度为IK的消息的发送和接收程序。 观察上面程序，说明控制消息队列系统调用msgctl()在此起什么作用？2. 共享存储区的创建、附接和断接。使用系统调用shmget()，shmat()，sgmdt(), shmc
2、tl(),编制一个与上述功能相同的程序。三、指导步骤1. 消息的创建、发送和接收(任务)使用系统调用 msgge t() ,msgsnd(),msgrev(), 及 msgc tl()编制一长度为1K的消息发送和接收的程序。(程序设计(1) 为了便于操作和观察结果 ,用一个程序作为“引子” ,先后 fork()两个子进程，SERVER和CLIENT,进行通信。(2) SERVER端建立一个Key为75的消息队列，等待其他进程发来的消息。当遇到类型为 1的消息,则作为结束信号 ,取消该队列 ,并退出SERVER 。 SERVER 每接收到一个消息后显示一句“ (server)received(3
3、) CLIENT端使用key为75的消息队列，先后发送类型从10到1的消息,然后退出。最后的一个消息 ,即是 SERVER 端需要的结束信号。CLIENT 每发送一条消息后显示一句“ (client)sent ”。(4) 父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。程序)/*e-2-1*/#include#include#include#include#define MSGKEY 75/*定义关键词 MEGKEY*/struct msgform/*消息结构*/long mtype;char mtextl030;/*文本长度*/msg;int msgqid,i;void CLIENT() i
4、nt i;msgqid=msgget(MSGKEY,0777);for(i=10;i=1; i-)msg.mtype=i;printf(client)sentn);msgsnd(msgqid,&msg,1024,0); /*发送消息 msg 入 msgid 消息队列*/exit(0);void SERVER()msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /*由关键字获得消息队列*/domsgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0);/*从 msgqid 队列接收消息 msg */printf(server)receivedn);while(msg.mt
5、ype!=1); /*消息类型为1时,释放队列*/msgctl(msgqid,IPC_RMID,0);exit(O);int main()while(i=fork()=-1);if(!i)SERVER();while(i=fork()=-1);if(!i)CLIENT();wait(0);wait(0);(结果)从理想的结果来说 ,应当是每当 Clinet 发送一个消息后 ,Server 接收该消息，Clinet再发送下一条。也就是说“(Clinet)sent和“(server)received 的字样应该在屏幕上交替出现。实际的结果大多是，先由Clinet发送了两条消息，然后Server接收
6、一条消息。此后 C1inet-Server 交替发送和接收消息。最后 Server 一次接 收两条消息。Client和Server分别发送和接收了 10条消息，与预期设想 一致。(分析)message 的传送和控制并不保证完全同步 ，当一个程序不在激活状态 的时候，它完全可能继续睡眠 ，造成了上面的现象 ，在多次 send message 后才receive message。这一点有助于理解消息传送的实现机理。2. 共享存储区的创建 ，附接和断接(任务)使用系统调用 shmget()，sgmat()，smgdt()，shmctl()， 编制一个与上 述相同功能的程序。程序设计(1) 为了便于操
7、作和观察结果 ，用一个程序作为“引子” ，先后 fork() 两个子进程，SERVER和CLIENT,进行通信。(2) SERVER端建立一个Key为75的共享区，并将第一个字节置为 T。 作为数据空的标志。等待其他进程发来的消息。当该字节的值发生变化 时，表示收到了信息 ，进行处理。 然后再次把它的值设为 -1 。如果遇到的 值为0，则视为结束信号 ，取消该队列 ，并退出 SERVER 。 SERVER 每接收到 一次数据后显示“ (server)received ”。(3) CLIENT端建立一个Key为75的共享区，当共享取得第一个字节为-1时Server端空闲，可发送请求。CLIENT
8、随即填入9到0。期间等待 Server端的再次空闲。进行完这些操作后CLIENT退出。CLIENT每发送 一次数据后显示“ (client)sent 。(4) 父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。(程序)/*e-2-2*/#include#include#include#define SHMKEY 75/*定义共享区关键词*/int shmid,i;int *addr;void CLIENT() int i;shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777);/* 获取共享区，长度 1024,关键词 SHMKEY*/addr=shmat(shmid,0,0);/*共享区起
9、始地址为 addr*/for(i=9;i=0;i-)while(*addr!=-1);printf(client)sentn);/*打印(client)sent*/*addr=i; /*把 i 赋给 addr*/exit(O);void SERVER()shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT); /*创建共享区*/addr=shmat(shmid,0,0);/*共享区起始地址为 addr*/do*addr=-1;while(*addr=-1);printf(server)receivedn);/*服务进程使用共享区*/while(*addr);shmct
10、l(shmid,IPC_RMID,0);exit(O);void main()while(i=fork()=-1);if(!i)SERVER();while(i=fork()=-1);if(!i) CLIENT();wait(O);wait(O)(结果)运行的结果和预想的完全一样。但在运行的过程中 ,发现每当 client 发送一次数据后 ,server 要等待大约 0.1秒才有响应。同样,之后 client 又需要等待约 0.1秒才发送下一个数据。分析)出现上述的应答延迟的现象是程序设计的问题。当 client 端发送了 数据后,并没有任何措施通知 server 端数据已经发出 ,需要由 c
11、lient 的 查询才能感知。此时 ,client 端并没有放弃系统的控制权 ,仍然占用 CPU 的时间片。只有当系统进行调度时 ,切换到了 server 进程,再进行应答。 这个问题,也同样存在于 server 端到 client 的应答过程之中。3. 比较两种消息通信机制中的数据传输的时间由于两种机制实现的机理和用处都不一样 ,难以直接进行时间上的比 较。如果比较其性能 ,应更加全面地分析。(1)消息队列的建立比共享区的设立消耗的资源少。前者只是一个软 件上设定的问题 ,后者需要对硬件操作 ,实现内存的映像 ,当然控制起来 比前者复杂。如果每次都重新进行队列或共享的建立 ,共享区的设立没有
12、 什么优势。(2)当消息队列和共享区建立好后 ,共享区的数据传输 ,受到了系统硬 件的支持,不耗费多余的资源 ;而消息传递 ,由软件进行控制和实现 ,需要 消耗一定的CPU资源。从这个意义上讲，共享区更适合频繁和大量的数据 传输。(3)消息的传递，自身就带有同步的控制。当等到消息的时候，进程进入睡眠状 态，不再消耗CPU资源。而共享队列如果不借助其他机制进行同步，接收数据的一 方必须进行不断的查询，白白浪费了大量的CPU资源。可见，消息方式的使用更加 灵活。二、说明：1教材“计算机操作系统教程第二版习题解答与实验指导-张尧学”书，P90 实验2，有多个错误，这正是要求同学进行分析、排错和调试，这也是考核学 生的实际动手能力。一定要仔细哦。2一定要把自己的所有程序保存在一张软盘上，以供教师检查。3课程设计结束，要上交课程设计报告一份和含有程序的软盘一张。V完计算机软件教研室 教师：沈奕管建军 2006/6/20
