操作系统实验报告
实验三、进程通信（一）
——管道及共享内存
一、 实验目的
1） 加深对管道通信的了解
2） 掌握利用管道进行通信的程序设计
3） 了解共享内存通信的程序设计方法
4） 了解和熟悉Linux支持的共享存储区机制
二、 实验内容
任务一、
（1）阅读以上父子进程利用管道进行通信的例子（例1），写出程序的运行结果并分析。
（2）编写程序：父进程利用管道将一字符串交给子进程处理。子进程读字符串，将里面的字符反向后再交给父进程，父进程最后读取并打印反向的字符串。
任务二、
（1）阅读例2的程序，运行一次该程序，然后用ipcs命令查看系统中共享存储区的情况，再次执行该程序，再用ipcs命令查看系统中共享内存的情况，对两次的结果进行比较，并分析原因。最后用ipcrm命令删除自己建立的共享存储区。 （有关ipcs和ipcrm介绍见后面一页）
（2）每个同学登陆两个窗口，先在一个窗口中运行例3程序1（或者只登陆一个窗口，先在该窗口中以后台方式运行程序1），然后在另一个窗口中运行例3程序2，观察程序的运行结果并分析。运行结束后可以用ctrl+c结束程序1的运行。
（3）编写程序：使用系统调用shmget()，shmat()，shmdt()，shmctl()，编制程序。要求在父进程中生成一个30字节长的私有共享内存段。接下来，设置一个指向共享内存段的字符指针，将一串大写字母写入到该指针指向的存贮区。调用fork()生成子进程，让子进程显示共享内存段中的内容。接着，将大写字母改成小写，子进程修改共享内存中的内容。之后，子进程将脱接共享内存段并退出。父进程在睡眠5秒后，在此显示共享内存段中的内容（此时已经是小写字母）。
三、 代码及运行结果分析
（1） 阅读以上父子进程利用管道进行通信的例子（例1），写出程序的运行结果并分析
实验代码：
#include<stdio.h>
main()
{ int x,fd[2];
char buf[30],s[30];
pipe(fd);
while ((x=fork())==-1);
if (x==0)
{
close(fd[0]);
printf("Child Process!\n");
strcpy(buf,"This is an example\n");
write(fd[1],buf,30);
exit(0);
}
else{
close(fd[1]);
printf("Parent Process!\n");
read(fd[0],s,30);
printf("%s\n",s);
}
}
运行结果：
分析：
调用pipe(fd);创建一个管道后，接着调用fork()函数产生两个进程，首先开始执行子进程，关闭管道出口，通过管道入口向管道中写入内容。执行if语句后，进入else语句块内开始父进程，管道入口关闭，通过管道出口端从管道中读取之前写入内容，最后输出出来
（2） 编写程序：父进程利用管道将一字符串交给子进程处理。子进程读字符串，将里面的字符反向后再交给父进程，父进程最后读取并打印反向的字符串。
实验代码：
#include<stdio.h>
main()
{ int x,count,left,right,temp,fd[2],fe[2];
char c,buf[30],s[30];
pipe(fd);
pipe(fe);
printf("please input a line of char");
scanf("%s",buf);
while((x=fork())==-1);
if(x==0)
{
close(fd[0]);
close(fe[1]);
printf("Child Process!\n");
write(fd[1],buf,30);
read(fe[0],buf,30);
printf("%s\n",buf);
exit(0);
}
else{
close(fd[1]);
close(fe[0]);
count=0;
do
{read(fd[0],&c,1);
s[count++]=c;
}while(c!='\0');
printf("Parent Process!\n");
printf("%s\n",s);
count-=2;
for(left=0,right=count;left<=count/2;left++,right--){
temp=s[left];
s[left]=s[right];
s[right]=temp;
}
write(fe[1],s,30);
wait(0);
}
}
运行结果：
（3） 阅读例2的程序，运行一次该程序，然后用ipcs命令查看系统中共享存储区的情况，再次执行该程序，再用ipcs命令查看系统中共享内存的情况，对两次的结果进行比较，并分析原因。最后用ipcrm命令删除自己建立的共享存储区。 （有关ipcs和ipcrm介绍见后面一页）
实验代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
main()
{
key_t key=208; /*在实际实验过程中，为了避免每个同学建立的共享存储区关键字一样而相互干扰，关键字请用学号末3位*/
int shmid_1,shmid_2;
if ((shmid_1=shmget(key,1000,0644|IPC_CREAT))==-1){
perror("shmget shmid_1");exit(1);
}
printf("First shared memory identifier is %d\n",shmid_1);
if ((shmid_2=shmget(IPC_PRIVATE,20,0644))==-1){
perror("shmget shmid_2");exit(2);
}
printf("Second shared memory identifier is %d\n",shmid_2);
exit(0);
}
运行结果：
Ipcs查看：
再次运行：
再次用ipcs查看：
Ipcrm删除
分析：
成功，返回共享内存段的标识符，内核中用于唯一的标识一个对象。对存在于内核存贮空间中的每个共享内存段，内核均为其维护着一个数据结构shmid_ds。
失败，返回－1，设置errno。
①第一个参数key（键值）用来创建IPC标识符，shmget()返回的标识符与key值一一对应，不同的key值返回不同的标识符。
②第二个参数size，决定了共享内存段的大小（若访问已存在的内存段，该参数可设为0）。有最大字节数的限制
③第三个参数shmflag，用于设置访问权限及标识创建条件。
对两次的结果进行比较：两次运行结束后的 第二个共享标识符是不一样的。在用ipcs查看时，共享内存段中的关键字，共享内存标识符，访问权限，字节等都是不一样的。
（4）每个同学登陆两个窗口，先在一个窗口中运行例3程序1（或者只登陆一个窗口，先在该窗口中以后台方式运行程序1），然后在另一个窗口中运行例3程序2，观察程序的运行结果并分析。运行结束后可以用ctrl+c结束程序1的运行。
实验代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHMKEY 208 /*在实际实验过程中，为了避免每个同学建立的共享存储区关键字一样而相互干扰，关键字请用学号末3位*/
#define K 1024
int shmid;
main ()
{
int i,*pint;
char *addr;
extern char * shmat ();
extern cleanup ();
for(i=0;i<20;i++) signal(i,cleanup);
shmid=shmget(SHMKEY,16*K,0777|IPC_CREAT); /*建立16K共享区SHMKEY */
addr=shmat(shmid,0,0);/*挂接，并得到共享区首地址 */
printf ("addr 0x%x\n",addr);
pint=(int *)addr;
for (i=0;i<256;i++) *pint++=i;
pause();/*等待接收进程读 */
}
cleanup()
{
shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
exit ();
}
运行结果：
分析：
首先系统通过调用shmctl对shmid指向的内存段进行删除操作，接着系统调用shmget创建一个16*1024字节的共享内存段，成功返回共享内存段的标识符给shmid，系统再次调用shmat连接内存段，返回该共享内存段连接到调用进程地址空间上的地址addr。
实验代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHMKEY 208 /*在实际实验过程中，为了避免每个同学建立的共享存储区关键字一样而相互干扰，关键字请用学号末3位*/
#define K 1024
int shmid;
main ()
{
int i,*pint;
char *addr;
extern char * shmat ();
shmid=shmget(SHMKEY,8*K,0777);/*取共享区SHMKEY的id */
addr=shmat(shmid,0,0);/*连接共享区*/
pint=(int *)addr;
for (i=0;i<256;i++)
printf("%d\n",*pint++);/*打印共享区中的内容*/
}
运行结果：
分析：
例3_1程序后台运行时，该程序开始执行，系统调用shmget创建一个8*1024字节的共享内存段，再通过调用shmat挂接内存段，由系统选择挂接地址，最终输出转换后的挂接地址。
需要指出的是，共享存储区机制只为通信进程提供了访问共享存储区的操作条件，而对通信的同步控制则要依靠信号量机制等才能完成。
（5） 编写程序：使用系统调用shmget()，shmat()，shmdt()，shmctl()，编制程序。要求在父进程中生成一个30字节长的私有共享内存段。接下来，设置一个指向共享内存段的字符指针，将一串大写字母写入到该指针指向的存贮区。调用fork()生成子进程，让子进程显示共享内存段中的内容。接着，将大写字母改成小写，子进程修改共享内存中的内容。之后，子进程将脱接共享内存段并退出。父进程在睡眠5秒后，在此显示共享内存段中的内容（此时已经是小写字母）。
实验代码：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHMKEY 208 /*在实际实验过程中，为了避免每个同学建立的共享存储区关键字一样而相互干扰，关键字请用学号末3位*/
#define K 1024
int shmid;
main()
{
int i;
char *pint;
char *addr;
extern char * shmat ();
extern cleanup ();
for(i=0;i<20;i++) signal(i,cleanup);
shmid=shmget(SHMKEY,16*K,0777|IPC_CREAT); /*建立16K共享区SHMKEY */
addr=shmat(shmid,0,0);/*挂接，并得到共享区首地址 */
printf ("addr 0x%x\n",addr);
pint=(char *)addr;
for (i='a';i<='e';i++) *pint++=i;
pause();/*等待接收进程读 */
}
cleanup()
{
shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
exit ();
}
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHMKEY 208 /*在实际实验过程中，为了避免每个同学建立的共享存储区关键字一样而相互干扰，关键字请用学号末3位*/
#define K 1024
int shmid;
main ()
{
int i;
char *pint;
char *addr;
extern char * shmat ();
shmid=shmget(SHMKEY,8*K,0777);/*取共享区SHMKEY的id */
addr=shmat(shmid,0,0);/*连接共享区*/
pint=(char *)addr;
for (i=0;i<5;i++)
printf("%c\n",-32+*pint++);/*打印共享区中的内容*/
}
结果无法正确运行
四、 实验心得
通过本次实验了解了管道进程间通信形式，，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，对于共享内存也有一定的了解,学会通过创建多个管道实现父子进程间的通信，对于共享内存通信的工作机制也有了一定的了解，总之，本次实验自己收获了很多。
第二篇：操作系统实验报告十二
《采用无缓冲方式实现文件读/写》实验报告
实验序号： 十二 实验项目名称：采用无缓冲方式实现文件读/写—共享内存
