1、實驗二 進程管理2.2 進程的消息通信1.實驗目的(1) 加深對進程通信的理解,理解進程消息傳遞機制。(2) 掌握進程通信相關系統調用。(3) 理解系統調用和用戶命令的區別。2.實驗類型：驗證型3.實驗學時：24.實驗原理和知識點(1) 實驗原理：消息通信機制允許進程之間大批量交換數據。消息通信機制是以消息隊列為基礎的，消息隊列是消息的鏈表。發送進程將消息掛入接收進程的消息隊列，接收進程從消息隊列中接收消息。消息隊列有一個消息描述符。對消息隊列的操作是通過描述符進行的。任何進程，只要有訪問權并且知道描述符，就可以訪問消息隊列。每個消息包括一個正長整型的類型字段，和一個非負長度的數據。進程讀或寫

2、消息時，要給出消息的類型。若隊列中使用的消息類型為0，則讀取隊列中的第一個消息。(2) 知識點：消息、消息隊列 5.實驗環境（硬件環境、軟件環境）：(1)硬件環境：Intel Pentium III 以上CPU，128MB以上內存，2GB以上硬盤(2)軟件環境：linux操作系統。6. 預備知識(1) msgget()系統調用：頭文件 #include <sys/msg.h>函數原型 int msgget(key_t key, int flag);功能：創建消息隊列，或返回與key對應的隊列描述符。成功返回消息描述符，失敗則返回-1。參數：key是通信雙方約定的隊列關鍵字，為長整型

3、數。flag是訪問控制命令，它的低9位為訪問權限（代表用戶、組用戶、其他用戶的讀、寫、執行訪問權），其它位為隊列建立方式。（例：rwxrwx-:111111000）(2) msgsnd()系統調用：頭文件 #include <sys/msg.h>函數原型 int msgsnd(int id, struct msgbuf *msgp,int size,int flag);功能：發送一個消息。成功返回0，失敗返回-1。參數：id是隊列描述符。msgp是用戶定義的緩沖區。size是消息長度。flag是操作行為，若(flag&IPC_NOWAIT)為真，調用進程立即返回；若(fla

4、g&IPC_NOWAIT)為假，調用進程阻塞，直到消息被發送出去或隊列描述符被刪除或收到中斷信號為止。 緩沖區結構定義如下：struct msgbuf long mtype; char mtextn; ;(3) msgrcv()系統調用：頭文件 #include <sys/msg.h>函數原型 int msgrcv(int id, struct msgbuf *msgp, int size,int type,int flag);功能：接收一個消息。成功返回消息正文長度，失敗返回-1。參數：id是隊列描述符。msgp是用戶定義的緩沖區。size是要接收的消息長度。type是消

5、息類型，若type 為0則接收隊列中的第一個消息，若type為正則接收類型為type的第一個消息。flag是操作行為,若(flag&IPC_NOWAIT)為真，調用進程立即返回。若(flag&IPC_NOWAIT)為假，調用進程睡眠，直到接收到消息為止。(4) msgctl()系統調用：頭文件 #include <sys/msg.h>函數原型 int msgctl(int id, int cmd, struct msgid_ds *buf);功能：查詢消息隊列描述符狀態，或設置描述符狀態，或刪除描述符。成功返回0，失敗返回-1。參數：id是隊列描述符。cmd是命令類

6、型，若cmd為IPC_STAT，隊列id的消息隊列頭結構讀入buf中；若cmd為IPC_SET,把buf所指向的信息復制到id 的消息隊列頭結構中。若cmd為IPC_RMID,刪除id的消息隊列。Buf為消息隊列頭結構msgid_ds指針。（linux IPC7.實驗內容及步驟：(1)任務描述：使用系統調用msgget()、msgsnd()、msgrcv()、msgctl()，編寫消息發送和接收程序。要求消息的長度為1KB。(2)程序設計過程：先定義消息結構，struct msgbuf long mtype; char mtextn; ;用這個結構定義消息緩沖全局變量msg。定義消息隊列描述符

7、msgqid。約定隊列關鍵字為75。創建兩個子進程client和server。Client使用msgget()創建消息隊列，使用msgsnd()發送10條消息。Server使用msgget()獲取消息隊列描述符,然后用msgrcv()接收消息,完畢后刪除隊列描述符。為了清楚地顯示Client發送的是哪條消息，每發送一條消息，打印消息號(消息類型)，Sever每收到一條消息，也打印消息類型。設計收發方式。Client每發送一條，Sever就接收一條。/* 收發方式：Client()每發送一條消息，Server()就接收一條 */* 此方法不能保證一定能同步。對于不同速度的機器，如果沒有其他耗時的

8、進程，可以調整sleep的時間值而獲得同步。*/msg.c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75 /* 通信雙方約定的隊列關鍵字*/struct msgform /* 消息結構 */ long mtype; /* 消息類型 */char mtext1030; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息隊列描述符 */void Client() int i; /* 局部變量i

9、，消息類型（表示第幾條消息）*/ msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /* 創建消息隊列, 訪問權限為777 */ for(i=10;i>=1;i-) msg.mtype=i; /* 指定消息類型 */ printf("(client %d) sent.n",i); /* 打印消息類型 */ msgsnd(msgqid,&msg,1024,0); /* 發送消息msg到msgqid消息隊列,可以先把消息正文放到msg.mtext中*/ sleep(1);/*使進程掛起1秒。等待接收進程接收。比較加上這一句和不加這一句的結果 */ exit(

10、0);void Server() /* 獲得關鍵字對應的消息隊列描述符 */msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); do msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /* 從msgqid隊列接收消息msg */ printf("(server %d)received.n",msg.mtype); /* 打印消息類型 */ while(msg.mtype!=1); /* 消息類型為1時，釋放隊列*/ msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); /* 刪除消息隊列 */ exit(0);void main()

11、 int i; while(i=fork()=-1); /* 創建子進程；如果創建失敗，執行空語句 */ if(!i) Server(); /* 如果i=0，在子進程中，運行Server */ else /* 否則，在父進程中*/ while(i=fork()=-1); /* 繼續創建子進程 */ if(!i) Client(); /* 如果i=0，在子進程中，運行Client */ wait(0); /* 等待子進程結束 */ wait(0); /* 等待子進程結束 */注：IPC進程間通信(Inter-Process Communication)就是指多個進程之間相互通信，交換信息的方法。

12、(3)上機操作創建 msg.c 源文件，編譯 gcc o msg msg.c，運行 ./msg觀察屏幕，記錄結果。 簡答：程序中有，sleep(1);/*使進程掛起1秒。等待接收進程接收。比較加上這一句和不加這一句的結果 */，試分析為什么會有這樣的運行結果差異。(4)課堂練習(1)修改上述程序，讓Client向Server發送一個字符串“The message here is just a joke.”。Server收到消息后打印出來。參考答案：/msg2.c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sy

13、s/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75 /* 通信雙方約定的隊列關鍵字*/struct msgform /* 消息結構 */ long mtype; /* 消息類型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息隊列描述符 */void Client() msg.mtype=1; strcpy(msg.mtext,"The message here is just a joke."); msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /* 創建消

14、息隊列, 訪問權限為777 */ /* 指定消息類型 */ printf("(client 1) sent.n"); /* 打印消息類型 */ msgsnd(msgqid,&msg,strlen(msg.mtext),0); /* 發送消息msg到msgqid消息隊列,可以先把消息正文放到msg.mtext中,strlen(msg.mtext)*/ exit(0);void Server() /* 獲得關鍵字對應的消息隊列描述符 */msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);msgrcv(msgqid,&msg,1024,0,

15、0); /* 從msgqid隊列接收消息msg */ printf("(server 1)received.n"); /* 打印消息類型 */ printf("%sn",msg.mtext); /* 消息類型為1時，釋放隊列*/ msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); /* 刪除消息隊列 */ exit(0);void main() int i; while(i=fork()=-1); /* 創建子進程 */ if(!i) Server(); /* 子進程Server */ else while(i=fork()=-1); /* 創建子進程

16、 */ if(!i) Client(); /* 子進程Client */ wait(0); /* 等待子進程結束 */ wait(0); /* 等待子進程結束 */(5)思考：1、進程的消息傳遞機制和全局變量是一個概念嗎？消息是通過全局變量進行傳遞的嗎？/msg2.c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75 /* 通信雙方約定的隊列關鍵字*/struct msgform /* 消息結構 */ l

17、ong mtype; /* 消息類型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息隊列描述符 */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("don

18、e!%sn",msg.mtext); printf("end copyn"); exit(0);void main() int i; while(i=fork()=-1); /* 創建子進程 */ if(!i) Server(); /* 子進程Server */ else while(i=fork()=-1); /* 創建子進程 */ if(!i) Client(); /* 子進程Client */ wait(0); /* 等待子進程結束 */ wait(0); /* 等待子進程結束 */1. 在client里面改變了msg.mtext，但是server里面pri

19、ntf出來卻什么也沒有，說明全局變量不可在進程間傳遞信息。/msg2.c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75 /* 通信雙方約定的隊列關鍵字*/struct msgform /* 消息結構 */ long mtype; /* 消息類型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息隊列描述符 */void Client() sleep(1)

20、; 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("star copyn"); strcpy(msg.mtext,"The message here is just a joke."); printf

21、("end copyn"); int i; while(i=fork()=-1); /* 創建子進程 */ if(!i) Server(); /* 子進程Server */ else while(i=fork()=-1); /* 創建子進程 */ if(!i) Client(); /* 子進程Client */ wait(0); /* 等待子進程結束 */ wait(0); /* 等待子進程結束 */2. 在主函數里面改變全局變量是可以傳遞消息的，因為這是父進程，server是子進程，子進程繼承父進程的全部代碼和資源。 3.換個位置又不行了哦，想想是為什么！有沒有暈了呢！/

22、msg2.c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75 /* 通信雙方約定的隊列關鍵字*/struct msgform /* 消息結構 */ long mtype; /* 消息類型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg;int msgqid; /* 消息隊列描述符 */void Client() sleep(1); printf("client running!

23、n"); exit(0);void Server() sleep(2); printf("star displayn"); printf("done!%sn",msg.mtext); printf("end copyn"); exit(0);void main() int i; while(i=fork()=-1); /* 創建子進程 */ if(!i) Server(); /* 子進程Server */ else while(i=fork()=-1); /* 創建子進程 */ if(!i) printf("sta

24、r copyn"); strcpy(msg.mtext,"The message here is just a joke."); printf("end copyn"); Client(); /* 子進程Client */ wait(0); /* 等待子進程結束 */ wait(0); /* 等待子進程結束 */簡單的說，不同的進程使用的內存空間是不共用的，全局變量只是在同一個進程所占用的內存空間中是全局變量，而其他的進程空間是根本看不到這個變量的。父子進程不共享數據空間、堆、和棧。所以不存在共享全局變量。進程間只能IPC。2、修改上述程序，讓

25、Client向Server發送兩個字符串“The message here is just a joke.”。Server收到消息后打印出來。效果圖如下。/msg2.c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75 /* 通信雙方約定的隊列關鍵字*/struct msgform /* 消息結構 */ long mtype; /* 消息類型 */char mtext1024; /* 消息正文 */msg

26、;int msgqid; /* 消息隊列描述符 */void Client() msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /* 創建消息隊列, 訪問權限為777 */ /* 指定消息類型 */消息1發送msg.mtype=1; strcpy(msg.mtext,"Thank you."); printf("(client 1) sent.n"); /* 打印消息類型 */ msgsnd(msgqid,&msg,strlen(msg.mtext),0); /* 發送消息msg到msgqid消息隊列,可以先把消息正文放到msg.mtext中,strlen(msg.mtext)*/消息2發送msg.mtype=2; strcpy(msg.mtext,&quo