1、 實驗三 進程通訊實驗報告【姓名】【學(xué)號】【實驗題目】進程通訊消息隊列與共享存儲區(qū)【實驗?zāi)康摹浚?） 掌握進程間通訊的編程方法；（2） 加深對進程并發(fā)執(zhí)行的理解；（3） 學(xué)習(xí)利用消息隊列和共享存儲區(qū)實現(xiàn)進程通信的方法。【實驗內(nèi)容】 設(shè)計一個多進程并發(fā)運行的程序，它由不同的進程完成下列工作：（1）接收鍵盤輸入進程 負責接收用戶的鍵盤輸入，并以適當?shù)姆绞綄⒂涉I盤獲得的數(shù)據(jù)交給其它進程處理。（2）顯示進程 負責全部數(shù)據(jù)顯示任務(wù)，包括鍵盤輸入數(shù)據(jù)的顯示和提示信息的顯示。（3）分發(fā)數(shù)據(jù)進程 將鍵盤輸入的數(shù)據(jù)分為3類，即字母、數(shù)字和其它，并分別將字母寫入文件letter.txt中，數(shù)字寫入文件number

2、.txt中，除字母和數(shù)字外其它數(shù)據(jù)丟棄。【實驗要求】1、 程序能以適當?shù)姆绞教崾居脩糨斎霐?shù)據(jù)；2、 提示用戶有數(shù)據(jù)被丟棄；3、 全部的顯示任務(wù)必須由顯示進程完成；4、 整個程序能夠連續(xù)處理多組輸入數(shù)據(jù)，直到用戶輸入“quit”字符串，整個程序結(jié)束；5、 進一步要求：同時采用共享存儲區(qū)和消息2種方法實現(xiàn)進程之間的通信，并比較這2種通信方法的利弊。【實驗方法】1、 利用fork()函數(shù)創(chuàng)建2個子進程，用一個父進程和兩個子進程完成上面的三個實驗任務(wù)，用子進程1實現(xiàn)分發(fā)數(shù)據(jù)任務(wù)，子進程2實現(xiàn)接受鍵盤輸入任務(wù)，父進程實現(xiàn)全部的顯示任務(wù)。2、 同時通過共享存儲區(qū)和消息隊列兩種進程通訊方式實現(xiàn)上面三個進程之

3、間的同步和互斥。3、 利用while()循環(huán)、kill()函數(shù)和signal()函數(shù)實現(xiàn)連續(xù)多組數(shù)據(jù)輸入。【程序結(jié)構(gòu)】 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：消息隊列、字符數(shù)組； 程序結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、if-else分支結(jié)構(gòu)和while循環(huán)結(jié)構(gòu)； 主要算法：無特別算法【實驗結(jié)果】 1、有代表性的執(zhí)行結(jié)果：stud13localhost stud13$ cc ipc.cstud13localhost stud13$ ./a.outPlease input a line:operatingsystem01234-=,.Your message is:operatingsystem01234-=,.The characters

4、deserted are:-=,.Please input a line:xushengju6651001!#$%&*()Your message is:xushengju6651001!#$%&*()The characters deserted are:!#$%&*()Please input a line:Hello123Your message is:Hello123Please input a line:quitstud13localhost stud13$ cat letter.txtOperatingsystemxushengjuHellostud13localhost stud

5、13$ cat number.txt012346651001123stud13localhost stud13$ 2、結(jié)果分析及解釋： 在創(chuàng)建子進程1時，由于先返回子進程的ID號，msgrcv(msgid,&msg,BUFSIZE,0,0)一直都是非0值，故循環(huán)等待。接著返回父進程ID，父進程負責全部的顯示任務(wù)，先提示用戶輸入“Please input a line：”，然后等待子進程2的16信號所以當子進程2負責從鍵盤接收字符，當輸入“operatingsystem01234-=,.”后，由子進程2發(fā)送消息（內(nèi)容為：operatingsystem01234-=,.）給子進程1，由子進程1實現(xiàn)

6、分發(fā)任務(wù)，將字符輸出到文件“l(fā)etter.txt”,將數(shù)字輸出到文件“number.txt”，將其他字符寫到“拋棄字符共享存儲區(qū)array”并將從消息隊列中讀取的字符串寫到字符共享存儲區(qū)addr中，再向父進程發(fā)送16信號，實現(xiàn)進程之間的同步；之后由父進程接收16信號后，從addr共享存儲區(qū)中獲取由鍵盤輸入的字符串，并由終端輸出顯示，若有字符丟棄，同時也提醒用戶有哪些字符被丟棄了，顯示到終端。通過while()循環(huán)，實現(xiàn)多組數(shù)據(jù)輸入并顯示和分發(fā)寫入文件。當用戶需要退出時，從終端輸入”quit”，所有子進程退出，由父進程斷開和共享存儲區(qū)的附接并刪除消息隊列，之后也退出。【問題分析】實驗中出現(xiàn)的問題

7、及解決辦法：1、比較消息隊列和共享存儲區(qū)在消息通信機制中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間和性能：由于兩種機制實現(xiàn)的機理和用處都不一樣，難以直接進行時間上的比較。如果比較其性能，應(yīng)更加全面地分析。消息隊列的建立比共享區(qū)的建立消耗的資源少。前者只是一個軟件上設(shè)定的問題，后者需要對硬件操作，實現(xiàn)內(nèi)存的映像，當然控制起來比前者復(fù)雜，如果每次都更新進行隊列或共享的建立，共享區(qū)的設(shè)立沒有什么優(yōu)勢。當消息隊列和共享區(qū)建立好后，共享區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸受到系統(tǒng)硬件的支持，不耗費多余的資源；而消息傳遞由軟件進行控制和實現(xiàn)，需要消耗定的CPU資源。從這個意義上講，共享區(qū)更適合頻繁和大量的數(shù)據(jù)傳輸。消息的傳遞，自身就帶有同步的控制。當?shù)鹊?/p>

8、消息的時候，進程進入睡眠狀態(tài)，不再消耗CPU資源。而共享隊列如果不借助其他機制進行同步，接收數(shù)據(jù)的一方必須進行不斷的查詢，進入忙等待狀態(tài)，白白浪費了大量的CPU資源。可見，消息方式的使用更加靈活。2、有關(guān)字符數(shù)組初始化函數(shù)的使用：在本實驗中頻繁使用了memset()函數(shù)，且第二個參數(shù)均為0，是為了將每次從鍵盤輸入的字符串都能存到一個空的字符數(shù)組中，以防止字符的重復(fù)和覆蓋。3、在本程序中，需要合理安排父進程和2個子進程的任務(wù)，由父進程來負責顯示任務(wù)是最合理和最簡單的情況，因為父進程與子進程在某些方面是共享的，無需另外啟用消息通信機制。而且在實現(xiàn)多組數(shù)據(jù)的輸入、顯示和分發(fā)方面能實現(xiàn)很好的同步和互斥

9、。4、注意消息緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要用來存放需要發(fā)送或者接收的消息類型和消息正文，在/usr/src/linux-2.4/include/linux/msg.h中描述如下：/*message buffer for msgsnd and msgrcv calls*/struct msgbuf long mtype; /消息類型，由用戶決定 char mtextMAXMSG;/消息正文;5、在程序修改之前存在一個bug，就是在輸入的字符串中不能存在空格或制表符，如果出現(xiàn)空格或者制表符，將只會顯示空格或者制表符后面的內(nèi)容，前面的不顯示。這是由于scanf()函數(shù)的作用，當他遇到空格或制表符時，就會只

10、讀入后面的內(nèi)容。有人想到會用gets()來接受一行，但是懂C的人基本上都知道gets()是一個很危險的函數(shù)，而且很難控制，特別是與scanf()交替使用時前者的劣勢更是一覽無余，所以gets()一般是不推薦用的。那么我們可以用%n%*c控制語句來隔離掉其中的空格或者制表符對讀入一行字符串的影響。【程序清單】下面為可執(zhí)行的C程序清單以及相應(yīng)的注釋：/*進程通信之消息隊列與共享存儲區(qū)*/#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#define MAX

11、MSG 128 /消息隊列的最大長度#define BUFSIZE 128 /緩沖區(qū)的最大長度/*定義消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/struct my_msg long int mtype; /消息類型 char mtextMAXMSG; /消息內(nèi)容msg;int pid,pid1,pid2;/定義父進程和兩個子進程的id標識int i,j;char bufferBUFSIZE,msgtextMAXMSG; /定義緩沖區(qū)和接受暫存字符數(shù)組void stop()main() /*定義共享內(nèi)存*/ int shmid1,shmid2;/定義2個共享存儲區(qū)的內(nèi)部標識 char *addr,*array; /*創(chuàng)

12、建并附接共享內(nèi)存*/ shmid1=shmget(IPC_PRIVATE,BUFSIZE,IPC_CREAT|0666); shmid2=shmget(IPC_PRIVATE,BUFSIZE,IPC_CREAT|0666); addr=(char *)shmat(shmid1,NULL,0); array=(char *)shmat(shmid2,NULL,0); /*創(chuàng)建消息隊列并初始化*/ int msgid; msgid=msgget(IPC_PRIVATE,IPC_CREAT|0666); pid=getpid();/獲取父進程ID號 while(pid1=fork()=-1); if

13、(pid10) while(pid2=fork()=-1); if(pid2=0) while(1) memset(buffer,0,0); scanf(%n%*c,buffer);/從終端輸入字符串 memset(msg.mtext,0,0); strcpy(msg.mtext,buffer); msg.mtype=1;/設(shè)置消息類型為1 if(msgsnd(msgid,&msg,MAXMSG,0)0)return 0;/向子進程1發(fā)送消息 if(strcmp(buffer,quit)=0)break; exit(0); else printf(Please input a line:n);

14、/提示輸入 while(1) signal(16,stop);/接收子進程發(fā)送的信號 pause();/父進程掛起 if(strcmp(addr,quit)=0)break;/判斷是否退出并終止循環(huán) printf(Your message is:n%sn,addr);/輸出從終端輸入的內(nèi)容 if(strlen(array)!=0)/輸出被拋棄的字符 printf(The characters deserted are:n%sn,array); memset(addr,0,0); printf(Please input a line:n); wait(0); wait(0); /*斷開附接*/

15、shmdt(addr); shmdt(array); /*撤銷共享內(nèi)存*/ shmctl(shmid1,IPC_RMID,0); shmctl(shmid2,IPC_RMID,0); /*刪除消息隊列*/ msgctl(msgid,IPC_RMID,0); exit(0); else FILE *fp1,*fp2; fp1=fopen(letter.txt,w);/打開文件 fp2=fopen(number.txt,w); while(1) if(!msgrcv(msgid,&msg,BUFSIZE,0,0)return 0;/接收消息 i=0; j=0; memset(msgtext,0,sizeof(msgtext); memset(array,0,sizeof(array); strcpy(msgtext,msg.mtext); strcpy(addr,msg.mtext); if(strcmp(msgtext,quit)=0)