1、1实验二 进程管理2.2 进程的消息通信1.实验目的(1) 加深对进程通信的理解,理解进程消息传递机制。(2) 掌握进程通信相关系统调用。(3) 理解系统调用和用户命令的区别。2.实验类型：验证型3.实验学时：24.实验原理和知识点(1) 实验原理：消息通信机制允许进程之间大批量交换数据。消息通信机制是以消息队列为基础的，消息队列是消息的链表。发送进程将消息挂入接收进程的消息队列，接收进程从消息队列中接收消息。消息队列有一个消息描述符。对消息队列的操作是通过描述符进行的。任何进程，只要有访问权并且知道描述符，就可以访问消息队列。每个消息包括一个正长整型的类型字段，和一个非负长度的数据。进程读或
2、写消息时，要给出消息的类型。若队列中使用的消息类型为 0，则读取队列中的第一个消息。(2) 知识点：消息、消息队列 5.实验环境（硬件环境、软件环境）：(1)硬件环境：Intel Pentium III 以上 CPU，128MB 以上内存，2GB 以上硬盘(2)软件环境：linux 操作系统。6. 预备知识(1) msgget()系统调用：头文件 #include 函数原型 int msgget(key_t key, int flag);功能：创建消息队列，或返回与 key 对应的队列描述符。成功返回消息描述符，失败则返回-1 。参数：key 是通信双方约定的队列关键字，为长整型数。flag
3、是访问控制命令，它的低9 位为访问权限（代表用户、组用户、其他用户的读、写、执行访问权） ，其它位为队列建立方式。 （例：rwxrwx-:111111000）(2) msgsnd()系统调用：头文件 #include 函数原型 int msgsnd(int id, struct msgbuf *msgp,int size,int flag);功能：发送一个消息。成功返回 0，失败返回-1。参数：id 是队列描述符。 msgp 是用户定义的缓冲区。size 是消息长度。flag 是操作行为，若(flag char mtextn; ;2(3) msgrcv()系统调用：头文件 #include 函
4、数原型 int msgrcv(int id, struct msgbuf *msgp, int size,int type,int flag);功能：接收一个消息。成功返回消息正文长度，失败返回-1。参数：id 是队列描述符。 msgp 是用户定义的缓冲区。size 是要接收的消息长度。type是消息类型，若 type 为 0 则接收队列中的第一个消息，若 type 为正则接收类型为type 的第一个消息。flag 是操作行为,若(flag功能：查询消息队列描述符状态，或设置描述符状态，或删除描述符。成功返回 0，失败返回-1。参数：id 是队列描述符。 cmd 是命令类型，若 cmd 为 I
5、PC_STAT，队列 id 的消息队列头结构读入 buf 中；若 cmd 为 IPC_SET,把 buf 所指向的信息复制到 id 的消息队列头结构中。若 cmd 为 IPC_RMID,删除 id 的消息队列。Buf 为消息队列头结构 msgid_ds 指针。 （linux IPChttp:/ msgget()、msgsnd()、msgrcv()、msgctl()，编写消息发送和接收程序。要求消息的长度为 1KB。(2)程序设计过程：先定义消息结构，struct msgbuf long mtype; char mtextn; ;用这个结构定义消息缓冲全局变量 msg。定义消息队列描述符 msg
6、qid。约定队列关键字为 75。创建两个子进程 client 和 server。Client 使用 msgget()创建消息队列，使用msgsnd()发送 10 条消息。 Server 使用 msgget()获取消息队列描述符,然后用msgrcv()接收消息 ,完毕后删除队列描述符。为了清楚地显示 Client 发送的是哪条消息，每发送一条消息，打印消息号( 消息类型) ，Sever 每收到一条消息，也打印消息类型。设计收发方式。Client 每发送一条，Sever 就接收一条。/* 收发方式：Client()每发送一条消息，Server()就接收一条 */* 此方法不能保证一定能同步。对于不
7、同速度的机器，如果没有其他耗时的进程，可以调3整 sleep 的时间值而获得同步。*/msg.c#include #include #include #include #define MSGKEY 75 /* 通信双方约定的队列关键字*/struct msgform /* 消息结构 */ long mtype; /* 消息类型 */char mtext1030; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息队列描述符 */void Client() int i; /* 局部变量 i，消息类型（表示第几条消息）*/msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /* 创
8、建消息队列, 访问权限为 777 */for(i=10;i=1;i-) msg.mtype=i; /* 指定消息类型 */printf(“(client %d) sent.n“,i); /* 打印消息类型 */msgsnd(msgqid, /* 发送消息 msg 到 msgqid 消息队列,可以先把消息正文放到 msg.mtext 中*/sleep(1);/*使进程挂起 1 秒。等待接收进程接收。比较加上这一句和不加这一句的结果 */exit(0);void Server() /* 获得关键字对应的消息队列描述符 */msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);d
9、o msgrcv(msgqid, /* 从 msgqid 队列接收消息 msg */printf(“(server %d)received.n“,msg.mtype); /* 打印消息类型 */while(msg.mtype!=1); /* 消息类型为 1 时，释放队列*/msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); /* 删除消息队列 */exit(0);void main() int i;while(i=fork()=-1); /* 创建子进程；如果创建失败，执行空语句 */4if(!i) Server(); /* 如果 i=0，在子进程中，运行 Server */else /*
10、否则，在父进程中*/ while(i=fork()=-1); /* 继续创建子进程 */if(!i) Client(); /* 如果 i=0，在子进程中，运行 Client */wait(0); /* 等待子进程结束 */wait(0); /* 等待子进程结束 */注：IPC 进程间通信(Inter-Process Communication)就是指多个进程之间相互通信，交换信息的方法。http:/ msg.c 源文件， 编译 gcc o msg msg.c，运行 ./msg观察屏幕，记录结果。简答：程序中有，sleep(1);/*使进程挂起 1 秒。等待接收进程接收。比较加上这一句和不加这一
11、句的结果 */，试分析为什么会有这样的运行结果差异。(4)课堂练习(1)修改上述程序，让 Client 向 Server 发送一个字符串“The message here is just a joke.”。Server 收到消息后打印出来。参考答案：/msg2.c#include #include #include 5#include #define MSGKEY 75 /* 通信双方约定的队列关键字*/struct msgform /* 消息结构 */ long mtype; /* 消息类型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息队
12、列描述符 */void Client() msg.mtype=1; strcpy(msg.mtext,“The message here is just a joke.“);msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /* 创建消息队列, 访问权限为 777 */* 指定消息类型 */printf(“(client 1) sent.n“); /* 打印消息类型 */msgsnd(msgqid, /* 发送消息 msg 到 msgqid 消息队列,可以先把消息正文放到 msg.mtext 中,strlen(msg.mtext)*/exit(0);void Server() /* 获得
13、关键字对应的消息队列描述符 */msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);msgrcv(msgqid, /* 从 msgqid 队列接收消息 msg */printf(“(server 1)received.n“); /* 打印消息类型 */printf(“%sn“,msg.mtext); /* 消息类型为 1 时，释放队列*/msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); /* 删除消息队列 */exit(0);void main() int i;while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Server(); /* 子进程
14、 Server */else while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Client(); /* 子进程 Client */wait(0); /* 等待子进程结束 */wait(0); /* 等待子进程结束 */(5)思考：1、进程的消息传递机制和全局变量是一个概念吗？消息是通过全局变量进行传递的吗？/msg2.c#include 6#include #include #include #define MSGKEY 75 /* 通信双方约定的队列关键字*/struct msgform /* 消息结构 */ long mtype; /* 消息类型 */char
15、mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息队列描述符 */void Client() printf(“star copyn“);strcpy(msg.mtext,“The message here is just a joke.“);printf(“end copyn“);exit(0);void Server()sleep(1);printf(“star displayn“);printf(“done!%sn“,msg.mtext);printf(“end copyn“);exit(0);void main() int i;while(i=fork(
16、)=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Server(); /* 子进程 Server */else while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Client(); /* 子进程 Client */wait(0); /* 等待子进程结束 */wait(0); /* 等待子进程结束 */1. 在 client 里面改变了 msg.mtext，但是 server 里面 printf 出来却什么也没有，说明全局变量不可在进程间传递信息。7/msg2.c#include #include #include #include #define MSGKEY 75
17、/* 通信双方约定的队列关键字*/struct msgform /* 消息结构 */ long mtype; /* 消息类型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息队列描述符 */void Client() sleep(1);printf(“client running!n“);exit(0);void Server()sleep(2);printf(“star displayn“);printf(“done!%sn“,msg.mtext);printf(“end copyn“);exit(0);void main() printf(
18、“star copyn“);strcpy(msg.mtext,“The message here is just a joke.“);printf(“end copyn“);int i;while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Server(); /* 子进程 Server */else while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Client(); /* 子进程 Client */wait(0); /* 等待子进程结束 */wait(0); /* 等待子进程结束 */82. 在主函数里面改变全局变量是可以传递消息的，因为这是父
19、进程，server 是子进程，子进程继承父进程的全部代码和资源。3.换个位置又不行了哦，想想是为什么！有没有晕了呢！/msg2.c#include #include #include #include #define MSGKEY 75 /* 通信双方约定的队列关键字*/struct msgform /* 消息结构 */ long mtype; /* 消息类型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息队列描述符 */void Client() sleep(1);9printf(“client running!n“);exit(0);vo
20、id Server()sleep(2);printf(“star displayn“);printf(“done!%sn“,msg.mtext);printf(“end copyn“);exit(0);void main() int i;while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Server(); /* 子进程 Server */else while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) printf(“star copyn“);strcpy(msg.mtext,“The message here is just a joke.“);
21、printf(“end copyn“);Client(); /* 子进程 Client */wait(0); /* 等待子进程结束 */wait(0); /* 等待子进程结束 */简单的说，不同的进程使用的内存空间是不共用的，全局变量只是在同一个进程所占用的内存空间中是全局变量，而其他的进程空间是根本看不到这个变量的。父子进程不共享数据空间、堆、和栈。所以不存在共享全局变量。进程间只能 IPC。2、修改上述程序，让 Client 向 Server 发送两个字符串“The message here is just a joke.”。Server 收到消息后打印出来。效果图如下。/msg2.c#i
22、nclude #include 10#include #include #define MSGKEY 75 /* 通信双方约定的队列关键字*/struct msgform /* 消息结构 */ long mtype; /* 消息类型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息队列描述符 */void Client() msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /* 创建消息队列, 访问权限为 777 */* 指定消息类型 */消息 1 发送msg.mtype=1; strcpy(msg.mtext,“Thank you.“)
23、;printf(“(client 1) sent.n“); /* 打印消息类型 */msgsnd(msgqid, /* 发送消息 msg 到 msgqid 消息队列,可以先把消息正文放到 msg.mtext 中,strlen(msg.mtext)*/消息 2 发送msg.mtype=2; strcpy(msg.mtext,“The message here is just a joke.“);printf(“(client 2) sent.n“); /* 打印消息类型 */msgsnd(msgqid, /* 发送消息 msg 到 msgqid 消息队列,可以先把消息正文放到 msg.mtext
24、 中,strlen(msg.mtext)*/exit(0);void Server() /* 获得关键字对应的消息队列描述符 */msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);/接收消息 1msgrcv(msgqid, /* 从 msgqid 队列接收消息 msg */printf(“(server 1)received.n“); /* 打印消息类型 */printf(“%sn“,msg.mtext); /* 消息类型为 1 时，释放队列*/接收消息 2msgrcv(msgqid, /* 从 msgqid 队列接收消息 msg */printf(“(server 2
25、)received.n“); /* 打印消息类型 */printf(“%sn“,msg.mtext); /* 消息类型为 2 时，释放队列*/msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); /* 删除消息队列 */exit(0);11void main() int i;while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Server(); /* 子进程 Server */else while(i=fork()=-1); /* 创建子进程 */if(!i) Client(); /* 子进程 Client */wait(0); /* 等待子进程结束 */wait(0); /* 等待子进程结束 */
