湖北工业大学工程技术学院实验报告课程名称：操作系统实验内容：实验五进程间通信（二）学院：工程技术学院专业班级：11gb软件2班教师：贺红艳成绩：一、实验目的1、掌握linux系统中进程通信的基本原理。
2、学会使用linux系统中关于进程通信的一些系统调用。
3、掌握信号与共享存储区的使用方法。
二、相关知识背景：(一)信号1、信号的基本概念每个信号都对应一个正整数常量(称为signal number,即信号编号。
定义在系统头文件<signal.h>中)，代表同一用户的诸进程之间传送事先约定的信息的类型，用于通知某进程发生了某异常事件。
每个进程在运行时，都要通过信号机制来检查是否有信号到达。
若有，便中断正在执行的程序，转向与该信号相对应的处理程序，以完成对该事件的处理；处理结束后再返回到原来的断点继续执行。
实质上，信号机制是对中断机制的一种模拟，故在早期的UNIX版本中又把它称为软中断。
⑴信号与中断的相似点：①采用了相同的异步通信方式；②当检测出有信号或中断请求时，都暂停正在执行的程序而转去执行相应的处理程序；③都在处理完毕后返回到原来的断点；④对信号或中断都可进行屏蔽。
⑵信号与中断的区别：①中断有优先级，而信号没有优先级，所有的信号都是平等的；②信号处理程序是在用户态下运行的，而中断处理程序是在核心态下运行；③中断响应是及时的，而信号响应通常都有较大的时间延迟。
⑶信号机制具有以下三方面的功能：①发送信号。
发送信号的程序用系统调用kill( )实现；②预置对信号的处理方式。
接收信号的程序用signal( )来实现对处理方式的预置；③收受信号的进程按事先的规定完成对相应事件的处理。
2、信号的发送信号的发送，是指由发送进程把信号送到指定进程的信号域的某一位上。
如果目标进程正在一个可被中断的优先级上睡眠，核心便将它唤醒，发送进程就此结束。
一个进程可能在其信号域中有多个位被置位，代表有多种类型的信号到达，但对于一类信号，进程却只能记住其中的某一个。
进程用kill( )向一个进程或一组进程发送一个信号。
3．对信号的处理当一个进程要进入或退出一个低优先级睡眠状态时，或一个进程即将从核心态返回用户态时，核心都要检查该进程是否已收到软中断。
当进程处于核心态时，即使收到软中断也不予理睬；只有当它返回到用户态后，才处理软中断信号。
对软中断信号的处理分三种情况进行：①如果进程收到的软中断是一个已决定要忽略的信号（function=1），进程不做任何处理便立即返回；②进程收到软中断后便退出（function=0）；③执行用户设置的软中断处理程序。
4、所涉及的中断调用（1）kill( )系统调用格式int kill(pid,sig)参数定义int pid,sig;其中，pid是一个或一组进程的标识符，参数sig是要发送的软中断信号。
（1）pid>0时，核心将信号发送给进程pid。
（2）pid=0时，核心将信号发送给与发送进程同组的所有进程。
（3）pid=-1时，核心将信号发送给所有用户标识符真正等于发送进程的有效用户标识号的进程。
（2）signal( )预置对信号的处理方式，允许调用进程控制软中断信号。
系统调用格式signal(sig,function)头文件为#include <signal.h>参数定义signal(sig,function)int sig;void (*func) ( )signal() 会依参数sig指定的信号编号来设置该信号的处理函数。
当指定信号到达时就会跳转到参数function指定的函数执行。
其中sig用于指定信号的类型，sig为0则表示没有收到任何信号，余者如下表：function：该进程中的一个函数地址，在核心返回用户态时，它以软中断信号的序号作为参数调用该函数。
function 的解释如下：（1）function=1(SIG_IGN)时，进程对sig类信号不予理睬，亦即屏蔽了该类信号；（2）function=0(SIG_DFL)时，缺省值，进程在收到sig信号后应终止自己；（3）function为非0，非1类整数时，function的值即作为信号处理程序的指针。
（二）消息队列机制消息队列机制中提供了4个系统调用。
1、msgget 用于创建和指定一个消息队列。
格式为：msgqid=msgget(key,msgflg);key是消息关键字msgflg 是消息的标志。
2、msgsnd 消息发送格式为：msgsnd(msgqid,msgp,msgsz,msgflg);msgqid 消息队列描述符msgp 指向消息队列的指针msgsz 数组的大小msgflg消息发送同步标识3、msgrcv 接收消息格式为：msgrcv(msgqid,msgp,msgsz,msgtyp,msgflg)msgtyp 用户接收消息的类型4、msgctl 查询或设置消息描述符的状态。
格式为：msgctl(msgqid,cmd,buf);cmd 规定命令的类型：IPC—STAT 返回指定IPC工具的状态信息IPC—SET 指明可以改变IPC工具的所有者、组名和模式IPC—RMID 表示删除msgqid所对应的消息队列表项。
（三）共享内存区域共享内存区域是被多个进程共享的一部分物理内存。
如果多个进程都把该内存区域映射到自己的虚拟地址空间，则这些进程就都可以直接访问该共享内存区域，从而可以通过该区域进行通信。
共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内容。
这块共享虚拟内存的页面，出现在每一个共享该页面的进程的页表中。
但是它不需要在所有进程的虚拟内存中都有相同的虚拟地址。
图共享内存映射图以下是使用共享内存机制进行进程间通信的基本操作：需要包含的头文件：#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>1、创建共享内存：int shmget(key_t key,int size,int shmflg);参数说明：key:用来表示新建或者已经存在的共享内存去的关键字。
size：创建共享内存的大小。
shmflg：可以指定的特殊标志。
IPC_CREATE,IPC_EXCL以及低九位的权限。
eg：int shmid;shmid=shmget(IPC_PRIVATE,4096,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0660);if(shmid==-1)perror("shmget()");2、连接共享内存char *shmat(int shmid,char *shmaddr,int shmflg);参数说明shmid：共享内存的关键字shmaddr：指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置，通常我们让内核自己决定一个合适的地址位置，用的时候设为0。
shmflg：制定特殊的标志位。
eg：int shmid;char *shmp;shmp=shmat(shmid,0,0);if(shmp==(char *)(-1))perror("shmat()\n");3、使用共享内存在使用共享内存是需要注意的是，为防止内存访问冲突，我们一般与信号量结合使用。
4、分离共享内存：当程序不再需要共享内后，我们需要将共享内存分离以便对其进行释放，分离共享内存的函数原形如下：int shmdt(char *shmaddr);5、释放共享内存int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);二、实验步骤1、利用Linux的软件中断信号，编写一段C语言程序完成：显示数字1-100，在程序运行中如果捕获到一个SIGINT信号，则转去执行输出“You enter CTRL+C”。
程序如下：#include<stdio.h>#include<signal.h>void func(int signo);main(){signal(SIGINT,func);int i;for(i=0;i<100;i++){printf("%d\n",i);sleep(1);}}void func(int signo){printf("You enter Ctrl+C\n");}5-2 server.c#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/msg.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#define MSGKEY 75 //定义一个消息关键字struct msgform //定义一个消息{int mtype; //消息类型char mtext[1024]; //消息正文}msg;int msgqid; //定义消息描述符void cleanup() //定义函数删除消息队列{msgctl(msgqid,IPC_RMID,0);//设置消息队列的状态，IPC_RMID 表示删除消息队列。
exit(0);}main(){int pid;signal(2,cleanup); //收到软件中断信号，转向cleanup函数处理msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); //创建消息队列，server与client的MSGKEY必须相同。
printf("server:pid=%d\n",getpid()); //打印出服务端的进程号for(;;) //进入死循环，按ctrl+c退出。
{msgrcv(msgqid,&msg,1024,1,0); //接收消息client或消息类型为1的消息。
printf("server:receive from pid %s\n",msg.mtext);}}2、使用消息队列机制实现进程间的通信。
使用系统调用msgget (), msgsnd (), msgrev (), 及msgctl () 编制一长度为1k的消息的发送和接收程序。
程序如下：server.c#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/msg.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#define MSGKEY 75 //定义一个消息关键字struct msgform //定义一个消息{int mtype; //消息类型char mtext[1024]; //消息正文}msg;int msgqid; //定义消息描述符void cleanup() //定义函数删除消息队列{msgctl(msgqid,IPC_RMID,0);//设置消息队列的状态，IPC_RMID 表示删除消息队列。