进程的消息通信-带答案版.doc

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：2
4.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 <sys/msg.h>
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 <sys/msg.h>
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&IPC_NOWAIT)为真，调用进程立即返回；若(flag&IPC_NOWAIT)为假，调用进程阻塞，直到消息被发送出去或队列描述符被删除或收到中断信号为止。 缓冲区结构定义如下：struct msgbuf{ long mtype; char mtext[n]; };

(3) msgrcv()系统调用：
头文件 #include <sys/msg.h>
函数原型 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&IPC_NOWAIT)为真，调用进程立即返回。若(flag&IPC_NOWAIT)为假，调用进程睡眠，直到接收到消息为止。

(4) msgctl()系统调用：
头文件 #include <sys/msg.h>
函数原型 int msgctl(int id, int cmd, struct msgid_ds *buf);
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IPC_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 IPC
http://wenku.baidu./link?url=NtXNw0BBI7lTg09Gt7Vy_IrwPRP0XyD5n1-s3ZQV-gP7iHN_ndEBOnrA5fYVNOA3wGqnwoahUWnBNkHUeQUrzIdSIsg8uiV0DWlZFHzOn4K）
7.实验内容及步骤：
(1)任务描述：
使用系统调用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 mtext[n];
};
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msgqid。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。对于不同速度的机器，如果没有其他耗时的进程，可以调整sleep的时间值而获得同步。*/
//msg.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>

#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 mtext[1030]; /* 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,&msg,1024,0);
/* 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);
do {
msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /* 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 */
if(!i) Server(); /* 如果i=0，在子进程中，运行Server */
else /* 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 munication)就是指多个进程之间相互通信，交换信息的方法。
http://.cnblogs./liugf05/archive/2012/07/05/2578356.html
(3)上机操作
创建 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 <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#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 mtext[1024]; /* 消息正文 */
}msg;
int msgqid; /* 消息队列描述符 */
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,&msg,strlen(msg.mtext),0);
/* 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()
{ /* 获得关键字对应的消息队列描述符 */
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);
msgrcv(msgqid,&msg,1024,0,0); /* 从msgqid队列接收消息msg */
printf("(server 1)received.\n"); /* 打印消息类型 */
printf("%s\n",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 <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#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 mtext[1024]; /* 消息正文 */
}msg;
int msgqid; /* 消息队列描述符 */
void Client()
{ printf("star copy\n");
strcpy(msg.mtext,"The message here is just a joke.");
printf("end copy\n");
exit(0);
}
void Server()
{
sleep(1);
printf("star display\n");
printf("done!%s\n",msg.mtext);
printf("end copy\n");
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) 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。

//msg2.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#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 mtext[1024]; /* 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 display\n");
printf("done!%s\n",msg.mtext);
printf("end copy\n");
exit(0);
}

void main()
{
printf("star copy\n");
strcpy(msg.mtext,"The message here is just a joke.");
printf("end copy\n");
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 */
}

2. 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 <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#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 mtext[1024]; /* 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 display\n");
printf("done!%s\n",msg.mtext);
printf("end copy\n");
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 copy\n");
strcpy(msg.mtext,"The message here is just a joke.");
printf("end copy\n");
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
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#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 mtext[1024]; /* 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.");
printf("(client 1) sent.\n"); /* 打印消息类型 */
msgsnd(msgqid,&msg,strlen(msg.mtext),0);
/* 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,&msg,strlen(msg.mtext),0);
/* 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()
{ /* 获得关键字对应的消息队列描述符 */
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);
//接收消息1
msgrcv(msgqid,&msg,1024,1,0); /* 从msgqid队列接收消息msg */
printf("(server 1)received.\n"); /* 打印消息类型 */
printf("%s\n",msg.mtext); /* 消息类型为1时，释放队列*/
//接收消息2
msgrcv(msgqid,&msg, 1024,2,0); /* 从msgqid队列接收消息msg */
printf("(server 2)received.\n"); /* 打印消息类型 */
printf("%s\n",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);
}

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) Client(); /* 子进程Client */
}
wait(0); /* 等待子进程结束 */
wait(0); /* 等待子进程结束 */
}