操作系统实验一进程管理与进程通信(计算机进程)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1 ．实验目的

学习如何利用管道机制、共享存储区机制进行进程间的通信，并加深对上述通信机制的理解。

2 ．实验内容

(1) 了解系统调用pipe()、shmget()、shmat()、shmdt()、shmctl()的功能和实现过程。

(2) 编写一段程序，使其用管道来实现父子进程之间的进程通信。子进程向父进程发送自己的进程标识符，以及字符串“is sending a message to parent ! ”。父进程则通过管道读出子进程发来的消息，将消息显示在屏幕上，然后终止。

(3) 编写一段程序，使其用共享存储区来实现父子进程之间的进程通信。父进程创建一个长度为512 字节的共享内存空间，显示写入该共享内存的数据；子进程将共享内存也附加到自己的地址空间，并向共享内存中写入数据。

3 ．实验步骤

(1) 了解系统调用pipe()、shmget()、shmat()、shmdt()、shmctl()的功能和实现过程。

pipe()创建一条管道进行信息传输。

shmget()得到一个共享内存标识符或创建一个共享内存对象并返回共享内存标识符

shmat()连接共享内存标识符为shmid的共享内存，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问

shmdt()用来断开与共享内存附加点的地址，禁止本进程访问此片共享内存

shmctl()共享内存管理，完成对共享内存的控制

(2) 编写一段程序，使其用管道来实现父子进程之间的进程通信。子进程向父进程发送自己的进程标识符，以及字符串“is sending a message to parent ! ”。父进程则通过管道读出子进程发来的消息，将消息显示在屏幕上，然后终止。

程序代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
int main(){
    int pid1,pid2;
    int fd[2];
    char out[512],in[512];
    pipe(fd);
    pid1=fork();
    if(pid1==0){
        sprintf(out,"%d is sending a message to parent!\n",getpid());
        printf("%s",out);
        write(fd[1],out,sizeof(out));
    }else{
        read(fd[0],in,sizeof(out));
        printf("%s",in);
    }
    return 0;
}

程序截图：

运行结果：

(3) 编写一段程序，使其用共享存储区来实现父子进程之间的进程通信。父进程创建一个长度为512 字节的共享内存空间，显示写入该共享内存的数据；子进程将共享内存也附加到自己的地址空间，并向共享内存中写入数据。

程序代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/shm.h>
#define SHMKEY 75
int main(){
    int id;
    char *addr;
    char message[512];
    id=shmget(SHMKEY,512,0777|IPC_CREAT);
    if(fork()==0){
        sprintf(message,"%d is sending message to parent",getpid());
        printf("%s\n",message);
        addr=shmat(id,0,0);
        strcpy(addr,message);
        shmdt(addr);
     }else{
        wait(0);
        addr=shmat(id,0,0);
        printf("%s\n",addr);
        shmdt(addr);
        shmctl(id,IPC_RMID,0);
      }
    return 0;
}

程序截图：

运行结果：

4 ．思考

自己写的，有些地方不准确，如果错误还请指正

(1) 上述哪个通信机制提供了发送进程和接收进程之间的同步功能？这些同步是如何进行的？

消息缓冲机制。当写进程把一定数量的数据写入pipe，便去睡眠等待，直到读进程取走数据后，再把它唤醒。当读进程读一空的pipe时，也应睡眠等待，直到写进程将数据写入管道后，才将之唤醒，从而实现进程的同步。

(2) 上述通信机制各有什么特点，它们分别适合于何种场合？

管道通信(PIPE)

    两个进程利用管道进行通信时．发送信息的进程称为写进程．接收信息的进程称为读进程。管道通信方式的中间介质就是文件．通常称这种文件为管道文件．它就像管道一样将一个写进程和一个读进程连接在一起，实现两个进程之间的通信。写进程通过写入端(发送端)往管道文件中写入信息；读进程通过读出端(接收端)从管道文件中读取信息。两个进程协调不断地进行写和读，便会构成双方通过管道传递信息的流水线。

适用场合：数据单向流动，只能在具有亲缘关系的进程间使用。

优缺点：简单方便．但局限于单向通信的工作方式．并且只能在创建它的进程及其子孙进程之间实现管道的共享：有名管道虽然可以提供给任意关系的进程使用．但是由于其长期存在于系统之中，使用不当容易出错。

共享内存通信(SHARED MEMORY)

    针对消息缓冲需要占用CPU进行消息复制的缺点．OS提供了一种进程间直接进行数据交换的通信方式一共享内存 顾名思义．这种通信方式允许多个进程在外部通信协议或同步，互斥机制的支持下使用同一个内存段(作为中间介质)进行通信．它是一种最有效的数据通信方式，其特点是没有中间环节．直接将共享的内存页面通过附接．映射到相互通信的进程各自的虚拟地址空间中．从而使多个进程可以直接访问同一个物理内存页面．如同访问自己的私有空间一样(但实质上不是私有的而是共享的)。因此这种进程间通信方式是在同一个计算机系统中的诸进程间实现通信的最快捷的方法．而它的局限性也在于此．即共享内存的诸进程必须共处同一个计算机系统．有物理内存可以共享才行。

适用场合：内存需要能被其他进程所访问且高效率通讯。

优缺点：共享内存针对消息缓冲的缺点改而利用内存缓冲区直接交换信息，无须复制，快捷、信息量大是其优点。但是共享内存的通信方式是通过将共享的内存缓冲区直接附加到进程的虚拟地址空间中来实现的．因此，这些进程之间的读写操作的同步问题操作系统无法实现。必须由各进程利用其他同步工具解决。另外，由于内存实体存在于计算机系统中．所以只能由处于同一个计算机系统中的诸进程共享。不方便网络通信。

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