ZUCC_操作系统原理实验_Lab9进程的通信消息队列
2024-05-31 14:24:48
lab9进程的通信–消息队列
一.两个进程并发执行，通过消息队列，分别进行消息的发送和接收
1.代码：
//接受消息
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>struct my_msg_st{long int my_msg_type;char some_text[BUFSIZ];
}; int main(){int running=1;int msgid;struct my_msg_st some_data;long int msg_to_receive=0;//First,we set up thee message queuemsgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);if(msgid==-1){fprintf(stderr,"megget failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);}//Then the message are retrieved from the queue,until an end message is encountered
//Lastly,the message queue id deletedwhile(running){if(msgrcv(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,msg_to_receive,0)==-1){fprintf(stderr,"msgrcv failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);}printf("You wrote: %s ",some_data.some_text);if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)running=0;}if(msgctl(msgid,IPC_RMID,0)==-1){fprintf(stderr,"msgctl(IPC_RMID) failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}exit(EXIT_SUCCESS);
}
///发送消息
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>#define MAX_TEXT 512
struct my_msg_st{long int my_msg_type;char some_text[MAX_TEXT];
}; int main(){int running=1;int msgid;struct my_msg_st some_data;char buffer[BUFSIZ];msgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);if(msgid==-1){fprintf(stderr,"megget failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);}while(running){printf("Enter some text:");fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);some_data.my_msg_type=1;strcpy(some_data.some_text,buffer);if(msgsnd(msgid,(void*)&some_data,MAX_TEXT,0)==-1){fprintf(stderr,"msgsnd failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}if(strncmp(buffer,"end",3)==0)running=0;}exit(EXIT_SUCCESS);
}
//开两个终端分别运行
执行结果如图：
2）熟悉消息队列相关的系统调用
1.头文件: #include<sys/msg.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>
2.操作:创建队列： msgget((key_t)10086,0666|IPC_CREAT);发送信息： msgsnd(mq,(void*)&over2,MAX_SIZE,0)接收信息： msgrcv(mq,(void*)&buf,1024,0,0)指定操作： msgctl(mq,IPC_RMID,&t)
3）尝试多个发送进程和接收进程，观察进程的并发执行情况，并解释
现象：多个发送信息的终端在输入后，信息依次轮序出现在各个接收端进程中
解释：消息队列(MQ)由内核提供同步，互斥机制，可以翻阅msgsnd,msgrcv linux底层源代码一探究竟
链接
如图：
二.三个线程（两个发送者，一个接收者）并发执行。通过消息队列，分别进行消息的发送和接收
1.代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<errno.h>
#include<semaphore.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/msg.h>#define QUEUE_ID 10086
#define MAX_SIZE 1024
#define MSG_STOP "exit"
#define snd_to_rcv1 1
#define snd_to_rcv2 2
#define rcv_to_snd1 3
#define rcv_to_snd2 4
#define CHECK(x) \do{\if(!(x)){\fprintf(stderr,"%s:%d:",__func__,__LINE__);\perror(#x);\exit(-1);\}\}while(0)\#define P(x) sem_wait(&x)
#define V(x) sem_post(&x)struct msg_st{ //long int message_type;char buffer[MAX_SIZE+1];
};//function
void *sender1();
void *sender2();
void *receiver();//global variable
sem_t w_mutex,empty,full,over,rcv_dp,snd_dp;void *sender1(){int mq;struct msg_st buf;ssize_t bytes_read;//open the mail queuemq=msgget((key_t)QUEUE_ID,0666|IPC_CREAT);CHECK((key_t)-1!=mq);do{ P(w_mutex);
// printf("11\n");P(snd_dp);
// printf("12\n");printf("sender1>");V(rcv_dp);fflush(stdout);fgets(buf.buffer,BUFSIZ,stdin);buf.message_type=1;//send the messageP(empty);
// printf("13\n");CHECK(0<=msgsnd(mq,(void*)&buf,MAX_SIZE,0));V(full);V(w_mutex);usleep(100);}while(strncmp(buf.buffer,MSG_STOP,strlen(MSG_STOP)));//wait for responseP(over);
// printf("14\n");bytes_read=msgrcv(mq,(void*)&buf,MAX_SIZE,rcv_to_snd1,0);CHECK(bytes_read>=0);printf("%s",buf.buffer);printf("--------------------------\n");V(snd_dp);pthread_exit(NULL);
}
void *sender2(){int mq;struct msg_st buf;ssize_t bytes_read;//open the mail queuemq=msgget((key_t)QUEUE_ID,0666|IPC_CREAT);CHECK((key_t)-1!=mq);do{P(w_mutex);
// printf("21\n");P(snd_dp);
// printf("22\n");printf("sender2>");V(rcv_dp);fflush(stdout);fgets(buf.buffer,BUFSIZ,stdin);buf.message_type=2;//send the messageP(empty);
// printf("23\n");CHECK(0<=msgsnd(mq,(void*)&buf,MAX_SIZE,0));V(full);V(w_mutex);usleep(100);}while(strncmp(buf.buffer,MSG_STOP,strlen(MSG_STOP)));//wait for responseP(over);
// printf("24\n");bytes_read=msgrcv(mq,(void*)&buf,MAX_SIZE,rcv_to_snd2,0);CHECK(bytes_read>=0); //printf("%s",buf.buffer);printf("--------------------------\n");V(snd_dp);pthread_exit(NULL);
}
void *receiver(){struct msg_st buf,over1,over2;int mq,must_stop=2;struct msqid_ds t;over1.message_type=3;strcpy(over1.buffer,"over1\n");over2.message_type=4;strcpy(over2.buffer,"over2\n");//open the mail queuemq=msgget((key_t)QUEUE_ID,0666|IPC_CREAT);CHECK((key_t)-1!=mq);do{ssize_t bytes_read,bytes_write;//receive the messageP(full);
// printf("31\n"); bytes_read=msgrcv(mq,(void*)&buf,MAX_SIZE,0,0);V(empty);CHECK(bytes_read>=0);if(!strncmp(buf.buffer,MSG_STOP,strlen(MSG_STOP))){if(buf.message_type==1){
// printf("321\n"); bytes_write=msgsnd(mq,(void*)&over1,MAX_SIZE,0);CHECK(bytes_write>=0);V(over);must_stop--;}else if(buf.message_type==2){
// printf("322\n"); bytes_write=msgsnd(mq,(void*)&over2,MAX_SIZE,0); //CHECK(bytes_write>=0);V(over);must_stop--;}else{
// printf("323\n"); P(rcv_dp);printf("Received %d:%s",buf.message_type,buf.buffer);printf("------------------------------------------\n");V(snd_dp); }}}while(must_stop);//clean upP(snd_dp);
// printf("33/n");CHECK(!msgctl(mq,IPC_RMID,&t)); //pthread_exit(NULL);
}int main(int argc,char **argv){pthread_t t1,t2,t3;int state;sem_init(&snd_dp,1,1);sem_init(&rcv_dp,1,0);sem_init(&empty,1,10);sem_init(&full,1,0);sem_init(&w_mutex,1,1);sem_init(&over,1,0);state=pthread_create(&t1,NULL,receiver,NULL);CHECK(state==0);state=pthread_create(&t3,NULL,sender1,NULL);CHECK(state==0);state=pthread_create(&t2,NULL,sender2,NULL);CHECK(state==0);pthread_join(t3,NULL);pthread_join(t2,NULL);pthread_join(t1,NULL);return 0;
}
注意：运行后，两次均输入exit,才能满足receive解锁条件，实现同步
运行如图：
2）熟悉消息队列相关的系统调用
1.头文件： #include<sys/msg.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>
2.操作:创建队列： msgget((key_t)10086,0666|IPC_CREAT);发送信息： msgsnd(mq,(void*)&over2,MAX_SIZE,0)接收信息： msgrcv(mq,(void*)&buf,1024,0,0)指定操作： msgctl(mq,IPC_RMID,&t)
3）回顾posix线程控制和信号量相关的函数
1.头文件: #include<semaphore.h>
2.操作：声明: sem_t sem1初始: sem_init(&sem1,1,1)p操作: sem_wait(&sem1)v操作: sem_post(&sem1)
3.互斥/同步： pv/vp
4）删除信号量的并发控制，观察混乱情况
代码中注释掉所有P操作
5）理清并发线程中同步和互斥关系
1.操作：去掉原文代码所有注释 作用：在所有P操作后进行输出，来观察进程并发执行情况
运行如图：
流程图：并发线程同步，互斥关系：（sender1与sender2互斥）
左边流程图与右边程序结合一起看哦
欢迎访问gitee仓库：ZUCC_操作系统原理实验_Lab9进程的通信消息队列
三.编写程序
修改例程1,模仿例程2，在原有的MSG1向MSG2发送消息的基础上，实现MSG2也能向MSG1发送消息，即两并发进程能通过消息队列，实现双向对话。
1.构造核心：
1.使用System V信号量实现两个进程间的通信2.使用消息队列实现两个进程间消息的接收与发送3.确定流程图顺序，从而确定信号量个数与初值的设定，同时流程图拆分确定两个进程的PV操作和核心代码
2.sender,receiver进程并发控制的流程图及代码构成
3.代码：
///发送消息
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/stat.h>struct my_msg_st{long int my_msg_type;char some_text[BUFSIZ];
};
union semun{int val; //value for setvalstruct semid_ds *buf; //buffer for IPC_STAT,IPC_SETunsigned short int *array; //array for GETALL,SETALLstruct seminfo *_buf; //buffer for IPC_INFO
};static int sem_id=0;
static int set_semvalue(int semnum,int sem_value);
static void del_semvalue(int semnum);
static int semaphore_p(int semnum);
static int semaphore_v(int semnum);int main(){int running=1;int msgid;struct my_msg_st some_data;char buffer[BUFSIZ];msgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);sem_id=semget((key_t)1234,4,0666|IPC_CREAT); //创建信号量 //会与msgget冲突吗？ set_semvalue(0,0);set_semvalue(1,0);set_semvalue(2,0);set_semvalue(3,0);while(running){//输入发送printf("Enter some text:");fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);some_data.my_msg_type=1;strcpy(some_data.some_text,buffer);msgsnd(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,0);semaphore_v(0);if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)break;semaphore_p(1);//接收输出msgrcv(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,0,0);printf("You wrote: %s",some_data.some_text);semaphore_v(2);if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)break;semaphore_p(3);//接收输出msgrcv(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,0,0);printf("You wrote: %s",some_data.some_text);if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)break; }exit(EXIT_SUCCESS);
}
//开两个终端分别运行static int set_semvalue(int semnum,int sem_value){ //初始化信号量，使用信号量前必须这样做 union semun sem_union;sem_union.val=sem_value;if(semctl(sem_id,semnum,SETVAL,sem_union)==-1){fprintf(stderr,"Failed to set the semaphore\n");return 0;}return 1;
}
static void del_semvalue(int semnum){ //删除信号量 union semun sem_union;if(semctl(sem_id,semnum,IPC_RMID,sem_union)==-1){fprintf(stderr,"Failed to delete the semaphore\n");}
}
static int semaphore_p(int semnum){ //对信号量做-1，即等待P struct sembuf sem_b;sem_b.sem_num=semnum;sem_b.sem_op=-1;sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){fprintf(stderr,"semaphore_p failed\n");return 0;}return 1;
}
static int semaphore_v(int semnum){ //释放操作，使得信号量可用，发送V信号 struct sembuf sem_b;sem_b.sem_num=semnum;sem_b.sem_op=1;sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){fprintf(stderr,"semaphore_v failed\n");return 0;}return 1;
}
//接受消息
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/sem.h>union semun{int val; //value for setvalstruct semid_ds *buf; //buffer for IPC_STAT,IPC_SETunsigned short int *array; //array for GETALL,SETALLstruct seminfo *_buf; //buffer for IPC_INFO
};static int sem_id=0;
static int set_semvalue(int semnum,int sem_value);
static void del_semvalue(int semnum);
static int semaphore_p(int semnum);
static int semaphore_v(int semnum);struct my_msg_st{long int my_msg_type;char some_text[BUFSIZ];
}; int main(){int running=1;int msgid;struct my_msg_st some_data;char buffer[BUFSIZ];msgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);sem_id=semget((key_t)1234,4,0666|IPC_CREAT); //创建信号量 //会与msgget冲突吗？ while(running){semaphore_p(0);//接收输出msgrcv(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,0,0);printf("You wrote: %s",some_data.some_text);if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)break;//输入发送printf("Enter some text:");fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);some_data.my_msg_type=1;strcpy(some_data.some_text,buffer);msgsnd(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,0);semaphore_v(1);if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)break;semaphore_p(2);//输入发送printf("Enter some text:");fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);some_data.my_msg_type=1;strcpy(some_data.some_text,buffer);msgsnd(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,0);semaphore_v(3); if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)break;}sleep(1);msgctl(msgid,IPC_RMID,0);del_semvalue(0); exit(EXIT_SUCCESS);
}static int set_semvalue(int semnum,int sem_value){ //初始化信号量，使用信号量前必须这样做 union semun sem_union;sem_union.val=sem_value;if(semctl(sem_id,semnum,SETVAL,sem_union)==-1){fprintf(stderr,"Failed to set the semaphore\n");return 0;}return 1;
}
static void del_semvalue(int semnum){ //删除信号量 union semun sem_union;if(semctl(sem_id,semnum,IPC_RMID,sem_union)==-1){fprintf(stderr,"Failed to delete the semaphore\n");}
}
static int semaphore_p(int semnum){ //对信号量做-1，即等待P struct sembuf sem_b;sem_b.sem_num=semnum;sem_b.sem_op=-1;sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){fprintf(stderr,"semaphore_p failed\n");return 0;}return 1;
}
static int semaphore_v(int semnum){ //释放操作，使得信号量可用，发送V信号 struct sembuf sem_b;sem_b.sem_num=semnum;sem_b.sem_op=1;sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){fprintf(stderr,"semaphore_v failed\n");return 0;}return 1;
}
4.运行如图：
嘿嘿，根据有同学纠错，这道题是考虑两个进程间的并发关系。所以，我这个同步的代码不对。下面附上一篇这道题其他前辈写的代码，链接如下:
丫就是熊个猫猫
四.消息队列常用模块
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>struct my_msg_st{long int my_msg_type;char some_text[BUFSIZ];
}; int main(){int running=1;int msgid;struct my_msg_st some_data;char buffer[BUFSIZ];//创建msgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);if(msgid==-1){fprintf(stderr,"megget failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);}while(running){//输入发送printf("Enter some text:");fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);some_data.my_msg_type=1;strcpy(some_data.some_text,buffer);if(msgrcv(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,msg_to_receive,0)==-1){fprintf(stderr,"msgrcv failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);}if(strncmp(some_data.some_text,"end",3)==0)break;//接收输出if(msgrcv(msgid,(void*)&some_data,BUFSIZ,msg_to_receive,0)==-1){fprintf(stderr,"msgrcv failed with error: %d\n",errno);exit(EXIT_FAILURE);}printf("You wrote: %s",some_data.some_text);}exit(EXIT_SUCCESS);
}1
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