操作系统实验 - 进程通信

实 姓名：学号：课程名称：所在学院：专业班级：任课教师：

验 报 告

实验题目

操作系统实验 信息科学与工程学院

计算机

实验项目名称 进程通信 一、 实验目的与要求： 1、了解什么是信号和管道 2、熟悉 LINUX 系统中进程之间软中断通信的基本原理 3、熟悉 UNIX/LINUX 支持的管道通信方式 4、了解什么是消息 5、熟悉消息传送的机理 二、 实验设备及软件： 1、 PC机一台 2、 Linux操作系统 三、 实验方法（原理、流程图） 1、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。 3、所涉及的中断调用 1）kill( ) 系统调用格式： int kill(int pid,int 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。（预置是什么意思？）系统调用格式： #include int signal(int sig,void *function) 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。 3）function：在该进程中的一个函数入口地址，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，对除了信号 SIGKILL，SIGTRAP 和 SIGPWR 以外的信号，核心自动地重新设置软中断信号处理程序的值为 SIG_DFL，一个进程不能捕获 SIGKILL 信号。 function 的解释如下： （1）function=1 时，进程对 sig 类信号不予理睬，亦即屏蔽了该类信号； （2）function=0 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。 4、涉及的系统调用 使用与消息机制有关的系统调用，都需包含以下头文件： #include #include #include 1） msgget( ) 创建一个消息队列，获得一个消息队列描述符。核心将搜索消息队列头表，确定是否 有指定名字的消息队列。若无，核心将分配一新的消息队列头，并对它进行初始化，然后给用户返回一个消息队列描述符，否则它只是检查消息队列的许可权便返回。 系统调用格式：msgqid=msgget(key,flag) 参数定义： int msgget(key,flag) key_t key; int flag; 其中： key 是用户指定的消息队列的名字； flag 是用户设置的标志（控制命令）和访问方式，如： IPC_CREAT |0400 该队列是否已被创建，无则创建，是则打开； IPC_EXCL |0400 该队列的创建是互斥的，若已创建则失败； msgqid 是该系统调用返回的描述符，失败则返回-1。 2）msgsnd （） 发送消息。向指定的消息队列发送一个消息，并将该消息链接到该消息队列的尾部。 系统调用格式： msgsnd(msgqid,msgp,size,flag) 参数定义： int msgsnd(msgqid,msgp,size,flag) int msgqid,size,flag; struct msgbuf * msgp; 其中 msgqid 是 msgget 返回的消息队列描述符；msgp 是指向用户消息缓冲区的一个结构体指针。结构体中包含消息类型和消息正文，即

struct msgbuf { long mtype; /*消息类型*/ char mtext[ ]; /*消息的文本*/ } size 指示由 msgp 指向的数据结构中字符数组的长度；即消息的长度。这个数组的最 大值由 MSG-MAX( )系统可调用参数来确定。 flag 规定当核心用尽内部缓冲空间时应执行的动作:进程是等待，还是立即返回。若在 标志 flag 中未设置 IPC_NOWAIT 位，则当该消息队列中的字节数超过最大值时，或系统范围的消息数超过某一最大值时，调用 msgsnd 进程睡眠。若是设置 IPC_NOWAIT，则在此情况下，msgsnd 立即返回。 对于 msgsnd( )，核心须完成以下工作： （1）对消息队列的描述符和许可权及消息长度等进行检查。若合法才继续执行，否 则返回； （2）核心为消息分配消息数据区。将用户消息缓冲区中的消息正文，拷贝到消息数 据区； （3）分配消息首部，并将它链入消息队列的末尾。在消息首部中须填写消息类型， 消息大小和指向消息数据区的指针等数据； （4）修改消息队列头中的数据，如队列中的消息数、字节总数等。最后，唤醒等待 消息的进程。 3） msgrcv( ) 接受一消息。从指定的消息队列中接收指定类型的消息。 系统调用格式： msgrcv(msgqid,msgp,size,type,flag) 参数定义： int msgrcv(msgqid,msgp,size,type,flag) int msgqid,size,flag; struct msgbuf *msgp; long type; 其中，msgqid,msgp,size,flag 与 msgsnd 中的对应参数相似；type 是规定要读的消息类型。flag 规定倘若该队列无消息，核心应做的操作。如此时设置了 IPC_NOWAIT 标志，则立即返回，若在 flag 中设置了 MS_NOERROR，且所接收的消息大于 size，则核心截断所接收的消息。 对于 msgrcv 系统调用，核心须完成下述工作： （1）对消息队列的描述符和许可权等进行检查。若合法，就往下执行；否则返回； （2）根据 type 的不同分成三种情况处理： type=0，接收该队列的第一个消息，并将它返回给调用者； type 为正整数，接收类型 type 的第一个消息； type 为负整数，接收小于等于 type 绝对值的最低类型的第一个消息。 （3）当所返回消息大小等于或小于用户的请求时，核心便将消息正文拷贝到用户区， 并从消息队列中删除此消息，然后唤醒睡眠的发送进程。但如果消息长度比用户要求的大时，则做出错返回。 4） msgctl( ) 消息队列的操纵。读取消息队列的状态信息并进行修改，如查询消息队列描述符、修

改它的许可权及删除该队列等。 系统调用格式： msgctl(msgqid,cmd,buf); 参数定义： int msgctl(msgqid,cmd,buf); int msgqid,cmd; struct msgqid_ds *buf; 其中，函数调用成功时返回 0，不成功则返回-1。buf 是用户缓冲区地址，供用户存放控制参数和查询结果；cmd 是规定的命令。命令可分三类： （1）IPC_STAT 查询有关消息队列情况的命令。如查询队列中的消息数目、队列中 的最大字节数、最后一个发送消息的进程标识符、发送时间等，结果在 buf 中； （2）IPC_SET 按 buf 指向的结构中的值，设置和改变有关消息队列属性的命令。如 改变消息队列的用户标识符、消息队列的许可权等； （3）IPC_RMID 从消息队列头表中删除该消息队列。 msgqid_ds 结构定义如下： struct msgqid_ds { struct ipc_perm msg_perm; /*许可权结构*/ short pad1[7]; /*由系统使用*/ ushort msg_qnum; /*队列上消息数*/ ushort msg_qbytes; /*队列上最大字节数*/ ushort msg_lspid; /*最后发送消息的 PID*/ ushort msg_lrpid; /*最后接收消息的 PID*/ time_t msg_stime; /*最后发送消息的时间*/ time_t msg_rtime; /*最后接收消息的时间*/ time_t msg_ctime; /*最后更改时间*/ }; struct ipc_perm { ushort uid; /*当前用户*/ ushort gid; /*当前进程组*/ ushort cuid; /*创建用户*/ ushort cgid; /*创建进程组*/ ushort mode; /*存取许可权*/ { short pid1; long pad2;} /*由系统使用*/ }