实验五 进程通信_进程同步实验心得-程序员宅基地
一、实验目的：
掌握进程通信的基本原理、作用。了解LINUX 、Windows进程间通信的不同方法，如命名管道、文件映射等，掌握进程间通信的基本原理。掌握相关函数的使用方法。
二、实验环境：
一台运行Linux操作系统的计算机。
三、实验内容：
PART 1 LINUX 进程通信
1. 命名管道
(1)建立如下两个C 源文件，并编译链接成可执行文件，文件名可自己设置。
源文件：fifo_write.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#define MYFIFO "myfifo"
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
fd=open(MYFIFO,O_WRONLY);
if (fd==-1)
{
printf("open fifo file error.\n");
exit(1);
}
while(1)
{ char buff[128]={0};
fgets(buff,128,stdin);
if (strncmp(buff,"end",3)==0)
break;
write(fd,buff,strlen(buff));
}
close(fd);
exit(0);
}
源文件： fifo_read.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#define MYFIFO "myfifo"
int main( )
{
int fd;
int nread;
if (access(MYFIFO,F_OK)==-1)
{
if ((mkfifo(MYFIFO,0666)<0)&&(errno!=EEXIST))
{
printf("Cannot create fifo file\n");
exit(1);
}
}
fd=open(MYFIFO,O_RDONLY);
if (fd==-1)
{
printf("open fifo file error.\n");
exit(1);
}
while (1)
{
char buff[128]={0};
int n=read(fd,buff,127);
if ( n==0 )
{
printf("对方已关闭!\n");
break;
}
printf("read(n=%d):%s",n,buff);
}
close(fd);
exit(0);
}
- 打开两个命令窗口，分别运行以上两个程序，观察分析程序运行结果。
- 在以上代码的基础上，增加如下功能：fifo_read.c程序中，输出"对方已关闭!"信息之前，输出一共从fifo_write.c程序中接收了多少行信息。
修改后的代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define MYFIFO “myfifo”
int main( )
{
int fd;
int nread;
int count = 0; //增加的代码语句
if (access(MYFIFO,F_OK)== -1)
{
if ((mkfifo(MYFIFO,0666)<0)&&(errno!=EEXIST))
{
printf(“Cannot create fifo file\n”);
exit(1);
}
}
fd=open(MYFIFO,O_RDONLY);
if (fd == -1)
{
printf(“open fifo file error.\n”);
exit(1);
}
while (1)
{
char buff[128]={0};
int n=read(fd,buff,127);
if ( n==0 )
{
printf(“共从fifo_write.c程序中接收了%d行信息\n”,count);
printf(“对方已关闭!\n”);
break;
}
printf(“read(n=%d):%s”,n,buff);
count++; }
close(fd);
exit(0);
}
2. 共享内存
(1) 建立如下两个C 源文件，并编译链接成可执行文件，文件名可自己设置。
源文件 mem_keyboard.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key;
int shmid;
char *p = NULL;
key=1234;
if(key < 0)
{
perror("fail ftok ");
exit(1);
}
shmid = shmget(key,128,IPC_CREAT|0666); //创建/打开共享内存，返回id根据id映射
p = (char *)shmat(shmid,NULL,0); //映射，返回地址，根据地址操作
if( p == (char *)(-1) )
{
perror("shmat fail ");
exit(1);
}
while(1) //接收到 quit 结束循环
{
//read 时p中 内容不会清空
fgets(p,10,stdin);
if(strstr(p,"quit") != NULL)
{
break;
}
}
shmdt(p); //解除映射
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL); //删除
return 0;
}
源文件 mem_print.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key;
int shmid;
char *p = NULL;
key=1234;
if(key < 0)
{
perror("fail ftok ");
exit(1);
}
shmid = shmget(key,128,IPC_CREAT|0666);
p = (char *)shmat(shmid,NULL,0);
if( p == (char *)(-1) )
{
perror("shmat fail ");
exit(1);
}
while(1)
{
sleep(1);
printf("P:%s",p);
if(strstr(p,"quit") != NULL)
{
break;
}
}
shmdt(p);
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
- 打开两个命令窗口，分别运行以上两个程序，观察分析程序运行结果。程序未退出时，另外打开一个命令窗口，用命令 ipcs 查看共享内存的信息。
- 以上程序只是实现简单的进程通信，未进行互斥控制。打开三个命令窗口，其中两个运行mem_keyboard程序，一个运行mem_print程序，观察程序运行结果，有什么问题。
答：输出结果被另外一个输入信息占据。
(4) 在以上程序的基础上，实现简单的互斥控制，mem_keyboard向共享内存写入数据之后，mem_print才能开始读，同样，mem_print将共享内存的数据读出之后，mem_keyboard才能写入下一行数据。
修改后的代码：
mem_keyboard.c:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key,key2;
int shmid,mutex;
char *p = NULL;
char *p2 = NULL;
key=1234;
key2 = 5678;
if(key < 0)
{
perror("fail ftok ");
exit(1);
}
shmid = shmget(key,128,IPC_CREAT|0666);
mutex = shmget(key2, 4, IPC_CREAT|0666);
p = (char *)shmat(shmid,NULL,0);
if( p == (char *)(-1) )
{
perror("shmat fail ");
exit(1);
}
p2 = (char *)shmat(mutex,NULL,0);
if( p2 == (char *)(-1) )
{
perror("shmat2 fail ");
exit(1);
}
*p2=0;
while(1) {
while(*p2!=0);
fgets(p,10,stdin);
*p2=1;
if(strstr(p,“quit”) != NULL)
{
break;
}
}
Shmdt(p);
shmdt(p2);
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
shmctl(mutex,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
mem_print.c:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
key_t key,key2;
int shmid,mutex;
char *p = NULL;
char *p2 = NULL;
key=1234;
key2 = 5678;
if(key < 0)
{
perror("fail ftok ");
exit(1);
}
shmid = shmget(key,128,IPC_CREAT|0666);
mutex = shmget(key2, 4, IPC_CREAT|0666);
p = (char *)shmat(shmid,NULL,0);
if( p == (char *)(-1) )
{
perror("shmat fail ");
exit(1);
}
p2 = (char *)shmat(mutex,NULL,0);
if( p2 == (char *)(-1) )
{
perror("shmat2 fail ");
exit(1);
}
while(1)
{
while(*p2!=1);
printf(“P:%s”,p);
*p2=0;
if(strstr(p,“quit”) != NULL)
{
break;
}
}
Shmdt(p);
shmdt(p2);
shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
shmctl(mutex,IPC_RMID,NULL);
return 0;
}
PART 2 Windows进程通信
1. 共享内存文件映射方式
1）建立一个server.cpp文件，源代码为：
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int nRetCode = 0;
char szBuffer[20] ;
HANDLE hMapping = CreateFileMapping(NULL,NULL,PAGE_READWRITE,0,4096, "ShareMemory");
LPVOID lpBase = MapViewOfFile(hMapping,FILE_MAP_WRITE|FILE_MAP_READ,0,0,0);
srand((unsigned)time(NULL));
while(1)
{ for(int i=0;i<=18;i++)
szBuffer[i]=rand()%26+65;
szBuffer[19]='\0';
puts(szBuffer);
strcpy((char*)lpBase,szBuffer);
Sleep(1000);
}
Sleep(20000);
UnmapViewOfFile(lpBase);
CloseHandle(hMapping);
return nRetCode;
}
编译生成server.exe文件。
2）建立一个client.cpp文件，源代码为：
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int nRetCode = 0;
HANDLE hMapping = OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS,NULL,"ShareMemory");
if (hMapping)
{
wprintf(L"%s\r\n",L"Success");
LPVOID lpBase = MapViewOfFile(hMapping,FILE_MAP_READ|FILE_MAP_WRITE,0,0,0);
char szBuffer[20] = {0};
while(1)
{
strcpy(szBuffer,(char*)lpBase);
printf("%s\n",szBuffer);
Sleep(1000);
}
UnmapViewOfFile(lpBase);
CloseHandle(hMapping);
}
else
{
wprintf(L"%s",L"OpenMapping Error");
}
return nRetCode;
}
编译生成client.exe文件。
- 先运行server.exe文件，再运行client.exe文件，分析运行结果。
- 实现上述程序的控制停止功能，可以两种方式停止发送字符串：一种是服务器端发送10个字符串后便结束程序；另一种是用户在服务器端输入字符即结束程序。
server.cpp修改代码：
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <conio.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[]){
int nRetCode = 0;
char szBuffer[20] ;
char c[20];
HANDLE hMapping = CreateFileMapping(NULL,NULL,PAGE_READWRITE,0,4096,"ShareMemory");
LPVOID lpBase =MapViewOfFile(hMapping,FILE_MAP_WRITE|FILE_MAP_READ,0,0,0);
srand((unsigned)time(NULL));
while(1){
for(int i=0;i<=18;i++)
szBuffer[i]=rand()%26+65;
szBuffer[19]='\0';
puts(szBuffer);
strcpy((char*)lpBase,szBuffer);
Sleep(1000);
if(kbhit())
{
gets(c);
if(strlen(c)==10)
break;
}
}
Sleep(20000);
UnmapViewOfFile(lpBase);
CloseHandle(hMapping);
return nRetCode;
}
5）将上述程序的功能改为：server端每次发送两个100之内的整数，client端实现将两个整数相加，并输出加法计算式。
server.cpp修改代码：
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int nRetCode = 0;
char szBuffer[3] ;
HANDLE hMapping =CreateFileMapping(NULL,NULL,PAGE_READWRITE,0,4096, "ShareMemory");
LPVOID lpBase =MapViewOfFile(hMapping,FILE_MAP_WRITE|FILE_MAP_READ,0,0,0);
srand((unsigned)time(NULL));
while(1)
{
szBuffer[0]=rand()%100;
szBuffer[1]=rand()%100;
szBuffer[2]='\0';
printf("%d\t%d\n",szBuffer[0],szBuffer[1]);
strcpy((char*)lpBase,szBuffer);
Sleep(1000);
}
Sleep(20000);
UnmapViewOfFile(lpBase);
CloseHandle(hMapping);
return nRetCode;
}
client.exe修改代码：
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[]){
int nRetCode = 0;
HANDLE hMapping =OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS,NULL,"ShareMemory");
if (hMapping){
wprintf(L"%s\r\n",L"Success");
LPVOID lpBase =MapViewOfFile(hMapping,FILE_MAP_READ|FILE_MAP_WRITE,0,0,0);
char szBuffer[20] = {0};
while(1)
{
strcpy(szBuffer,(char*)lpBase);
printf("%d+%d=%d\n",szBuffer[0],szBuffer[1],szBuffer[0]+szBuffer[1]);
Sleep(1000);
}
UnmapViewOfFile(lpBase);
CloseHandle(hMapping);
}
else{
wprintf(L"%s",L"OpenMapping Error");
}
return nRetCode;
}
2. 命名管道方式
1）建立一个server.cpp文件，源代码为：
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
int nRetCode = 0;
int err;
BOOL rc;
HANDLE hPipeHandle1;
char lpName[] = "\\\\.\\pipe\\myPipe";
char InBuffer[50] = "";
char OutBuffer[50] = "";
DWORD BytesRead,BytesWrite;
hPipeHandle1 = CreateNamedPipe((LPCSTR)lpName, PIPE_ACCESS_DUPLEX|FILE_FLAG_OVERLAPPED|WRITE_DAC, PIPE_TYPE_MESSAGE|PIPE_READMODE_BYTE|PIPE_WAIT, 1,20,30,NMPWAIT_USE_DEFAULT_WAIT, (LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL);
if((hPipeHandle1 == INVALID_HANDLE_VALUE)||(hPipeHandle1 == NULL))
{
err = GetLastError();
printf("Server Pipe Create Fail!err = %d\n",err);
exit(1);
}
else printf("Server Pipe Create Success!\n");
while(1)
{
rc = ConnectNamedPipe(hPipeHandle1,(LPOVERLAPPED)NULL);
if(rc == 0)
{
err = GetLastError();
printf("Server Pipe Connect Fail err = %d\n",err);
exit(2);
}
else printf("Server Pipe Connect Success\n");
strcpy(InBuffer,"");
strcpy(OutBuffer,"");
rc = ReadFile(hPipeHandle1,InBuffer,sizeof(InBuffer),&BytesRead,(LPOVERLAPPED)NULL);
if(rc == 0 && BytesRead ==0)
{
err = GetLastError();
printf("Server Read Pipe Fail!err = %d",err);
exit(3);
}
else printf("Server Read Pipe Success!\nDATA from Client is %s\n",InBuffer);
rc = strcmp(InBuffer,"end");
if(rc == 0) break;
printf("Please Input Data to Send\n");
scanf("%s",OutBuffer);
rc = WriteFile(hPipeHandle1,OutBuffer,sizeof(OutBuffer),&BytesWrite,(LPOVERLAPPED)NULL);
if(rc == 0) printf("Server Write Pipe Success!\n");
else printf("Server Write Pipe Success!\n");
DisconnectNamedPipe(hPipeHandle1);
rc = strcmp(OutBuffer,"end");
if(rc == 0) break;
}
return 0;
}
编译生成server.exe文件。
2）建立一个client.cpp文件，源代码为：
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std; //命名空间
int main(int argc, char* argv[])
{
int nRetCode = 0; //整型类型的
int err = 0;
BOOL rc = 0;
char lpName[] = "\\\\.\\pipe\\myPipe";
char InBuffer[50] = "";
char OutBuffer[50] = "";
DWORD BytesRead;
while(1)
{
strcpy(InBuffer,"");
strcpy(OutBuffer,"");
printf("Input Data Please!\n");
scanf("%s",InBuffer);
rc = strcmp(InBuffer,"end");
if(rc == 0)
{
rc = CallNamedPipe(lpName,InBuffer,sizeof(InBuffer),OutBuffer,
sizeof(OutBuffer),&BytesRead,NMPWAIT_USE_DEFAULT_WAIT);
break;
}
rc = WaitNamedPipe(lpName,NMPWAIT_WAIT_FOREVER);
if(rc == 0)
{
err = GetLastError();
printf("Wait Pipe Fail!err = %d\n",err);
exit(1);
}
else printf("Wait Pipe Success!\n");
rc = CallNamedPipe(lpName,InBuffer,sizeof(InBuffer),OutBuffer,
sizeof(OutBuffer),&BytesRead,NMPWAIT_USE_DEFAULT_WAIT);
rc = strcmp(OutBuffer,"end");
if(rc == 0) break;
if(rc == 0)
{
err = GetLastError();
printf("Pipe Call Fail!err = %d\n",err);
exit(1);
}
else printf("Pipe Call Success!\nDATA from Server is %s\n",OutBuffer);
}
printf("Now Client to be End!\n");
return nRetCode;
}
编译生成client.exe文件。
3) 先运行server.exe文件，再运行client.exe文件，分析运行结果。
四、心得体会：
通过本次实验了解了管道进程间通信形式，掌握利用管道进行进程通信的程序设计，管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道； 单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统。数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。基本达到了本次实验的要求。另外，对于共享内存通信的工作机制也有了一定的了解，掌握线程与进程在组成成分上的差别，以及与其相适应的通讯方式和应用目标。也让我对管道及共享区的作用和用法，以及对操作系统中各进程之间的通信和协同作用等方面有了更深的了解。总之，本次实验自己收获了很多。
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