實驗3進(jìn)程通信

1、實驗3：進(jìn)程通信一、實驗?zāi)康暮鸵?、學(xué)習(xí)進(jìn)程通信機制的相關(guān)知識，建立調(diào)用者/服務(wù)者的關(guān)系。2、了解什么是信號，熟悉LINUX系統(tǒng)中進(jìn)程之間軟中斷通信的基本原理。2、通過編程實驗在兩個進(jìn)程之間實現(xiàn)進(jìn)程間共享存儲區(qū)通信。3、深入掌握Linux操作系統(tǒng)下的進(jìn)程間通信的相關(guān)方法。二、實驗內(nèi)容1、編寫程序：用fork( )創(chuàng)建兩個子進(jìn)程，再用系統(tǒng)調(diào)用signal( )讓父進(jìn)程捕捉鍵盤上來的中斷信號（即按c鍵）；捕捉到中斷信號后，父進(jìn)程用系統(tǒng)調(diào)用kill( )向兩個子進(jìn)程發(fā)出信號，子進(jìn)程捕捉到信號后分別輸出下列信息后終止：Child process1 is killed by parent!Child

2、process2 is killed by parent!父進(jìn)程等待兩個子進(jìn)程終止后，輸出如下的信息后終止：Parent process is killed!2、編制一長度為1k的共享存儲區(qū)的包含發(fā)送和接收的程序。三、實驗指導(dǎo)一、信號1、信號的基本概念每個信號都對應(yīng)一個正整數(shù)常量(稱為signal number,即信號編號。定義在系統(tǒng)頭文件<signal.h>中)，代表同一用戶的諸進(jìn)程之間傳送事先約定的信息的類型，用于通知某進(jìn)程發(fā)生了某異常事件。每個進(jìn)程在運行時，都要通過信號機制來檢查是否有信號到達(dá)。若有，便中斷正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)向與該信號相對應(yīng)的處理程序，以完成對該事件的處理；處

3、理結(jié)束后再返回到原來的斷點繼續(xù)執(zhí)行。實質(zhì)上，信號機制是對中斷機制的一種模擬，故在早期的UNIX版本中又把它稱為軟中斷。信號與中斷的相似點：（1）采用了相同的異步通信方式；（2）當(dāng)檢測出有信號或中斷請求時，都暫停正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序；（3）都在處理完畢后返回到原來的斷點；（4）對信號或中斷都可進(jìn)行屏蔽。信號與中斷的區(qū)別：（1）中斷有優(yōu)先級，而信號沒有優(yōu)先級，所有的信號都是平等的；（2）信號處理程序是在用戶態(tài)下運行的，而中斷處理程序是在核心態(tài)下運行；（3）中斷響應(yīng)是及時的，而信號響應(yīng)通常都有較大的時間延遲。信號機制具有以下三方面的功能：（1）發(fā)送信號。發(fā)送信號的程序用系統(tǒng)調(diào)用ki

4、ll( )實現(xiàn)；（2）預(yù)置對信號的處理方式。接收信號的程序用signal( )來實現(xiàn)對處理方式的預(yù)置；（3）收受信號的進(jìn)程按事先的規(guī)定完成對相應(yīng)事件的處理。2、信號的發(fā)送信號的發(fā)送，是指由發(fā)送進(jìn)程把信號送到指定進(jìn)程的信號域的某一位上。如果目標(biāo)進(jìn)程正在一個可被中斷的優(yōu)先級上睡眠，核心便將它喚醒，發(fā)送進(jìn)程就此結(jié)束。一個進(jìn)程可能在其信號域中有多個位被置位，代表有多種類型的信號到達(dá)，但對于一類信號，進(jìn)程卻只能記住其中的某一個。進(jìn)程用kill( )向一個進(jìn)程或一組進(jìn)程發(fā)送一個信號。3、對信號的處理當(dāng)一個進(jìn)程要進(jìn)入或退出一個低優(yōu)先級睡眠狀態(tài)時，或一個進(jìn)程即將從核心態(tài)返回用戶態(tài)時，核心都要檢查該進(jìn)程是否已收

5、到軟中斷。當(dāng)進(jìn)程處于核心態(tài)時，即使收到軟中斷也不予理睬；只有當(dāng)它返回到用戶態(tài)后，才處理軟中斷信號。對軟中斷信號的處理分三種情況進(jìn)行：（1）如果進(jìn)程收到的軟中斷是一個已決定要忽略的信號（function=1），進(jìn)程不做任何處理便立即返回；（2）進(jìn)程收到軟中斷后便退出（function=0）；（3）執(zhí)行用戶設(shè)置的軟中斷處理程序。二、所涉及的中斷調(diào)用1、kill( )系統(tǒng)調(diào)用格式int kill(pid,sig)參數(shù)定義int pid,sig;其中，pid是一個或一組進(jìn)程的標(biāo)識符，參數(shù)sig是要發(fā)送的軟中斷信號。（1）pid>0時，核心將信號發(fā)送給進(jìn)程pid。（2）pid=0時，核心將信號發(fā)送

6、給與發(fā)送進(jìn)程同組的所有進(jìn)程。（3）pid=-1時，核心將信號發(fā)送給所有用戶標(biāo)識符真正等于發(fā)送進(jìn)程的有效用戶標(biāo)識號的進(jìn)程。2、signal( )預(yù)置對信號的處理方式，允許調(diào)用進(jìn)程控制軟中斷信號。系統(tǒng)調(diào)用格式signal(sig,function)頭文件為 #include <signal.h>參數(shù)定義signal(sig,function)int sig;void (*func) ( )其中sig用于指定信號的類型，sig為0則表示沒有收到任何信號，余者如下表：值名 字說 明01SIGHUP掛起（hangup）02SIGINT中斷，當(dāng)用戶從鍵盤按c鍵或break鍵時03SIGQUIT

7、退出，當(dāng)用戶從鍵盤按quit鍵時04SIGILL非法指令05SIGTRAP跟蹤陷阱（trace trap），啟動進(jìn)程，跟蹤代碼的執(zhí)行06SIGIOTIOT指令07SIGEMTEMT指令08SIGFPE浮點運算溢出09SIGKILL殺死、終止進(jìn)程 10SIGBUS總線錯誤11SIGSEGV段違例（segmentation violation），進(jìn)程試圖去訪問其虛地址空間以外的位置12SIGSYS系統(tǒng)調(diào)用中參數(shù)錯，如系統(tǒng)調(diào)用號非法13SIGPIPE向某個非讀管道中寫入數(shù)據(jù)14SIGALRM鬧鐘。當(dāng)某進(jìn)程希望在某時間后接收信號時發(fā)此信號15SIGTERM軟件終止（software terminati

8、on）16SIGUSR1用戶自定義信號117SIGUSR2用戶自定義信號218SIGCLD某個子進(jìn)程死19SIGPWR電源故障 function：在該進(jìn)程中的一個函數(shù)地址，在核心返回用戶態(tài)時，它以軟中斷信號的序號作為參數(shù)調(diào)用該函數(shù)，對除了信號SIGKILL，SIGTRAP和SIGPWR以外的信號，核心自動地重新設(shè)置軟中斷信號處理程序的值為SIG_DFL，一個進(jìn)程不能捕獲SIGKILL信號。function 的解釋如下：（1）function=1時，進(jìn)程對sig類信號不予理睬，亦即屏蔽了該類信號；（2）function=0時，缺省值，進(jìn)程在收到sig信號后應(yīng)終止自己；（3）function為非0

9、，非1類整數(shù)時，function的值即作為信號處理程序的指針。二、共享存儲區(qū)1、共享存儲區(qū)機制的概念共享存儲區(qū)（Share Memory）是UNIX系統(tǒng)中通信速度最高的一種通信機制。該機制可使若干進(jìn)程共享主存中的某一個區(qū)域，且使該區(qū)域出現(xiàn)（映射）在多個進(jìn)程的虛地址空間中。另一方面，一個進(jìn)程的虛地址空間中又可連接多個共享存儲區(qū)，每個共享存儲區(qū)都有自己的名字。當(dāng)進(jìn)程間欲利用共享存儲區(qū)進(jìn)行通信時，必須先在主存中建立一共享存儲區(qū)，然后將它附接到自己的虛地址空間上。此后，進(jìn)程對該區(qū)的訪問操作，與對其虛地址空間的其它部分的操作完全相同。進(jìn)程之間便可通過對共享存儲區(qū)中數(shù)據(jù)的讀、寫來進(jìn)行直接通信。圖示列出二個

10、進(jìn)程通過共享一個共享存儲區(qū)來進(jìn)行通信的例子。其中，進(jìn)程A將建立的共享存儲區(qū)附接到自己的AA區(qū)域，進(jìn)程B將它附接到自己的BB區(qū)域。進(jìn)程A的虛空間 內(nèi)存空間 進(jìn)程B的虛空間正文數(shù)據(jù)棧共享存儲區(qū)正文數(shù)據(jù)BB棧 A A 應(yīng)當(dāng)指出，共享存儲區(qū)機制只為進(jìn)程提供了用于實現(xiàn)通信的共享存儲區(qū)和對共享存儲區(qū)進(jìn)行操作的手段，然而并未提供對該區(qū)進(jìn)行互斥訪問及進(jìn)程同步的措施。因而當(dāng)用戶需要使用該機制時，必須自己設(shè)置同步和互斥措施才能保證實現(xiàn)正確的通信。二、涉及的系統(tǒng)調(diào)用1、shmget( )創(chuàng)建、獲得一個共享存儲區(qū)。系統(tǒng)調(diào)用格式： shmid=shmget(key,size,flag)該函數(shù)使用頭文件如下：#inclu

11、de<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>參數(shù)定義 int shmget(key,size,flag); key_t key; int size,flag;其中，key是共享存儲區(qū)的名字；size是其大?。ㄒ宰止?jié)計）；flag是用戶設(shè)置的標(biāo)志，如IPC_CREAT。IPC_CREAT表示若系統(tǒng)中尚無指名的共享存儲區(qū)，則由核心建立一個共享存儲區(qū)；若系統(tǒng)中已有共享存儲區(qū)，便忽略IPC_CREAT。附： 操作允許權(quán) 八進(jìn)制數(shù) 用戶可讀 00400 用戶可寫 00200 小組可讀 00040 小組可寫

12、00020 其它可讀 00004 其它可寫 00002 控制命令 值IPC_CREAT 0001000IPC_EXCL 0002000例：shmid=shmget(key,size,(IPC_CREAT|0400) 創(chuàng)建一個關(guān)鍵字為key，長度為size的共享存儲區(qū)2、shmat( ) 共享存儲區(qū)的附接。從邏輯上將一個共享存儲區(qū)附接到進(jìn)程的虛擬地址空間上。系統(tǒng)調(diào)用格式： virtaddr=shmat(shmid,addr,flag)該函數(shù)使用頭文件如下：#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm

13、.h>參數(shù)定義 char *shmat(shmid,addr,flag); int shmid,flag; char * addr;其中，shmid是共享存儲區(qū)的標(biāo)識符；addr是用戶給定的，將共享存儲區(qū)附接到進(jìn)程的虛地址空間；flag規(guī)定共享存儲區(qū)的讀、寫權(quán)限，以及系統(tǒng)是否應(yīng)對用戶規(guī)定的地址做舍入操作。其值為SHM_RDONLY時，表示只能讀；其值為0時，表示可讀、可寫；其值為SHM_RND（取整）時，表示操作系統(tǒng)在必要時舍去這個地址。該系統(tǒng)調(diào)用的返回值是共享存儲區(qū)所附接到的進(jìn)程虛地址viraddr。3、shmdt( )把一個共享存儲區(qū)從指定進(jìn)程的虛地址空間斷開。系統(tǒng)調(diào)用格式： shm

14、dt(addr)該函數(shù)使用頭文件如下：#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>參數(shù)定義 int shmdt(addr); char addr;其中，addr是要斷開連接的虛地址，亦即以前由連接的系統(tǒng)調(diào)用shmat( )所返回的虛地址。調(diào)用成功時，返回0值，調(diào)用不成功，返回-1。4、shmctl( )共享存儲區(qū)的控制，對其狀態(tài)信息進(jìn)行讀取和修改。系統(tǒng)調(diào)用格式： shmctl(shmid,cmd,buf)該函數(shù)使用頭文件如下：#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>參數(shù)定義 int shmctl(shmid,cmd,buf); int shmid,cmd; struct shmid_ds *buf;其中，bu