实验八、进程间通信
项目 | 内容 |
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学号-姓名 | 15041408-袁昊 |
作业学习目标 | 了解进程间通信的常用方式; 掌握管道、消息队列、信号量、共享内存实现进程间通信的方法。 |
1. 管道通信
匿名管道:
当进程使用 pipe 函数,就可以打开位于内核中的这个特殊“文件”。同时 pipe 函数会返回两个描述
符,一个用于读,一个用于写。如果你使用 fstat 函数来测试该描述符,可以发现此文件类型为
FIFO 。而无名管道的无名,指的就是这个虚幻的“文件” ,它没有名字。
man 2 pipe
pipe 函数打开的文件描述符是通过参数(数组)传递出来的,而返回值表示打开成功(0)或失败
(-1)。
它的参数是一个大小为 2 的数组。此数组的第 0 个元素用来接收以读的方式打开的描述符,而第 1 个元
素用来接收以写的方式打开的描述符。也就是说, pipefd[0] 是用于读的,而 pipefd[1] 是用于写
的。
打开了文件描述符后,就可以使用 read(pipefd[0]) 和 write(pipefd[1]) 来读写数据了。
父进程 fork 出一个子进程,通过无名管道向子进程发送字符,子进程收到数据后将字符串中的小写字符转换成大写并输出。
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命名管道
1) 通过命令 mkfifo 创建管道
man mkfifo
2) 通过函数 mkfifo(3) 创建管道
man 3 mkfifo
FIFO 文件的特性
a) 查看文件属性
当使用 mkfifo 创建 hello 文件后,查看文件信息如下:
某些版本的系统在 hello 文件后面还会跟着个 | 符号,像这样 hello|
b) 使用 cat 命令打印 hello 文件内容
接下来你的 cat 命令被阻塞住。
开启另一个终端,执行:
然后你会看到被阻塞的 cat 又继续执行完毕,在屏幕打印 “hello world” 。如果你反过来执行上面
两个命令,会发现先执行的那个总是被阻塞。
c) fifo 文件特性
根据前面两个实验,可以总结:
文件属性前面标注的文件类型是 p ,代表管道
文件大小是 0
fifo 文件需要有读写两端,否则在打开 fifo 文件时会阻塞
当然了,如果在 open 的时候,使用了非阻塞方式,肯定是不会阻塞的。特别地,如果以非阻塞写的方式 open ,同时没有进程为该文件以读的方式打开,会导致 open 返回错误(-1),同时 errno 设置成ENXIO
编写两个程序,分别是发送端 pipe_send 和接收端面 pipe_recv 。程序 pipe_send 从标准
输入接收字符,并发送到程序 pipe_recv ,同时 pipe_recv 将接收到的字符打印到屏幕。
分别开启两个终端,分别运行 pipe_send 和 pipe_recv :
现在两个终端都处于阻塞状态,我们在运行 pipe_send 的终端输入数据,然后我们就可以在运行
pipe_recv 的终端看到相应的输出:
2. IPC 内核对象
每个 IPC 内核对象都是位于内核空间中的一个结构体。具体的对于共享内存、消息队列和信号量,他们在内核空间中都有对应的结构体来描述。当你使用 get 后缀创建内核对象时,内核中就会为它开辟一块内存保存它。只要你不显式删除该内核对象,它就永远位于内核空间中,除非你关机重启。
创建 IPC 内核对象
man 2 shmget
man 2 msgget
man 2 semget
程序 ipccreate 用于在指定的键值上创建 ipc 内核对象。使用格式为 ./ipccreate ,比如
./ipccreate 0 0x8888 表示在键值 0x8888 上创建共享内存。
获取 ipc 内核对象
程序 ipcget 用于在指定的键值上获取 ipc 内核对象的 id 号。使用格式为 ./ipcget ,比如./ipcget 0 0x8888 表示获取键值 0x8888 上的共享内存 id 号。
3. 共享内存
前面已经知道如何创建内核对象,接下来分别了解三种内核对象的操作:
man 2 shmop
man 2 shmctl
编写一个程序 shmctl 可以用来创建、删除内核对象,也可以挂接、卸载共享内存,还可以打印、设置内核对象信息。具体使用方法具体见下面的说明:
./shmctl -c : 创建内核对象。
./shmctl -d : 删除内核对象。
./shmctl -v : 显示内核对象信息。
./shmctl -s : 设置内核对象(将权限设置为 0600 )。
./shmctl -a : 挂接和卸载共享内存(挂接 5 秒后,再执行 shmdt ,然后退出)。