操作系统——实验贰——进程通信（一）管道及共享内存

一、实验目的

熟悉并掌握管道机制，并实现进程间通信
熟悉并掌握共享内存机制，并实现进程间通信

二、实验内容

任务一：

（1）阅读以上父子进程利用管道进行通信的例子（例1），写出程序的运行结果并分析。
（2）编写程序：父进程利用管道将一字符串交给子进程处理。子进程读字符串，将里面的字符反向后再交给父进程，父进程最后读取并打印反向的字符串。

任务二、

（1）阅读例2的程序，运行一次该程序，然后用ipcs命令查看系统中共享存储区的情况，再次执行该程序，再用ipcs命令查看系统中共享内存的情况，对两次的结果进行比较，并分析原因。最后用ipcrm命令删除自己建立的共享存储区。（有关ipcs和ipcrm介绍见后面一页）
（2）每个同学登陆两个窗口，先在一个窗口中运行例3程序1（或者只登陆一个窗口，先在该窗口中以后台方式运行程序1），然后在另一个窗口中运行例3程序2，观察程序的运行结果并分析。运行结束后可以用ctrl+c结束程序1的运行。
（3）编写程序：使用系统调用shmget()，shmat()，shmdt()，shmctl()，编制程序。要求在父进程中生成一个30字节长的私有共享内存段。接下来，设置一个指向共享内存段的字符指针，将一串大写字母写入到该指针指向的存贮区。调用fork()生成子进程，让子进程显示共享内存段中的内容。接着，将大写字母改成小写，子进程修改共享内存中的内容。之后，子进程将脱接共享内存段并退出。父进程在睡眠5秒后，在此显示共享内存段中的内容（此时已经是小写字母）。

三、代码及运行结果分析
任务一：

（1）#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{   int x,fd[2];char buf[30],s[30];pipe(fd);while ((x=fork())==-1);if (x==0){close(fd[0]);printf("Child Process!\n");strcpy(buf,"This is an example\n");write(fd[1],buf,30);exit(0);}else{close(fd[1]);printf("Parent Process!\n");read(fd[0],s,30);printf("%s\n",s);}
}

调用pipe创建一个管道，接着调用fork产生两个进程，首先执行子进程，关闭管道出口，通过管道入口向管道中写入内容。接着在父进程中关闭管道入口，通过管道出口从管道中读取写入内容，输出。

（2）#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(){int x,count,left,right,temp,fd[2],fe[2];char c,buf[30],s[30];pipe(fd);pipe(fe);printf("please input a line of char:\n");scanf("%s",buf);while((x=fork())==-1);if(x==0){close(fd[0]);close(fe[1]);printf("Child Process!\n");write(fd[1],buf,30);read(fe[0],buf,30);printf("%s\n",buf);exit(0);}else{close(fd[1]);close(fe[0]);count=0;do{read(fd[0],&c,1);s[count++]=c;}while(c!='\0');printf("Parent Process!\n");printf("%s\n",s);count-=2;for(left=0,right=count;left<=count/2;left++,right--){temp=s[left];s[left]=s[right];s[right]=temp;}write(fe[1],s,30);wait(0);}
}

任务二：


（1）#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>int main()
{
key_t key=231;
int shmid_1,shmid_2;
if ((shmid_1=shmget(key,1000,0644|IPC_CREAT))==-1){perror("shmget shmid_1");exit(1);
}
printf("First shared memory identifier is %d\n",shmid_1);
if ((shmid_2=shmget(IPC_PRIVATE,20,0644))==-1){perror("shmget shmid_2");exit(2);
}
printf("Second shared memory identifier is %d\n",shmid_2);
exit(0);
return 0;
}

成功返回共享内存段标识符。对存在于内核存储空间中的每个共享内存段，内核均有shmid_ds。失败，返回-1。
参数key用来创建IPC标识符。参数size决定内存段的大小.参数shmflag，用于设置访问权限及标识创建条件。
对比：第二次的共享内存段中的关键字，共享内存标识符，访问权限，字节等都是不一样的。

（2）
程序一：#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHMKEY 131 /*在实际实验过程中，为了避免每个同学建立的共享存储区关键字一样而相互干扰，关键字请用学号末3位*/
#define K 1024int shmid;
void cleanup()
{
shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
exit(0);
}
int main (){
int i,*pint;
char *addr;
//extern int shmat();
// extern cleanup();
for(i=0;i<20;i++) signal(i,cleanup);
shmid=shmget(SHMKEY,16*K,0777|IPC_CREAT); /*建立16K共享区SHMKEY */
addr=shmat(shmid,0,0);/*挂接，并得到共享区首地址 */
printf ("addr 0x%x\n",addr);
pint=(int *)addr;
for (i=0;i<256;i++) *pint++=i;
pause();/*等待接收进程读 */
}
程序二：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#define SHMKEY 131  /*在实际实验过程中，为了避免每个同学建立的共享存储区关键字一样而相互干扰，关键字请用学号末3位*/
#define K  1024
int shmid;
main (){
int i,*pint;
char *addr;
//extern char * shmat ();
shmid=shmget(SHMKEY,8*K,0777);/*取共享区SHMKEY的id */
addr=shmat(shmid,0,0);/*连接共享区*/
pint=(int *)addr;
for (i=0;i<256;i++)
printf("%d\n",*pint++);/*打印共享区中的内容*/
}

首先系统调用shmctl对shmid指向内存段进行删除，接着系统调用shmget创建共享内存段，返回标识符给shmid，系统再次调用shmat连接内存段，返回地址addr。程序1运行时，该程序开始执行，系统调用shmget创建共享内存段，再通过调用shmat挂接内存段，最终输出转换后的前255。

（3）#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHMKEY 131
#define K 1024
int shmid_1,shmid_2;
int main ()
{int x,y,i,*pint;char *addr_1,*addr_2;char words[30]={'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z','A','B','C','D'};shmid_1=shmget(SHMKEY,30*K,0777|IPC_CREAT); /*建立16K共享区SHMKEY */addr_1=shmat(shmid_1,0,0);/*挂接，并得到共享区首地址*/pint=(int *)addr_1;printf ("addr_1 0x%x\n",addr_1);for (i=0;i<26;i++) {*pint=words[i];pint++;}while((x=fork())==-1);if(x==0){shmid_2=shmget(SHMKEY,30*K,0777|IPC_CREAT); /*建立16K共享区SHMKEY */addr_2=shmat(shmid_2,0,0);/*挂接，并得到共享区首地址*/pint=(int *)addr_2;for(i=0;i<26;i++){printf("%c ",*pint);*pint=*pint+32;pint++;if(i==25)printf("\n");}y=shmdt(addr_2);exit(0);}else{sleep(5);pint=(int *)addr_1;for(i=0;i<26;i++){printf("%c ",*pint);pint++;if(i==25)printf("\n");}}
}

四、实验心得
通过本次实验简单了解了管道进程间通信形式，初步掌握利用管道进行进程通信的程序设计，基本完成了本次实验的要求。学会了shmget()、shmat()、shmdt()、shmctl()4个调用，ipcs、ipcrm命令使用:还加深了对操作系统中各进程之间的通信协同的了解。

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