西北工业大学 操作系统 实验七.docx
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西北工业大学操作系统实验七
西北工业大学
《操作系统》实验报告
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西北工业大学
实验七、消息及其传送机制
一、Unix系统的消息机制：
在Unix操作系统的内部结构中，含有消息机构，即所有的消息都放在内核中，并且它们都有一个相应的Unix消息队列号。
消息机构允许进程发送一个消息到任意其它进程，从而实现系统中进程间的通信。
二、Unix操作系统中的消息机构
消息是一个格式化的可变长度的信息单元。
它有如下属性：
（1）长整数类型
（2）消息的数据长度
（3）数据。
由于消息的长度是可变的，故将消息分为消息首部和消息数据两部分。
在消息首部中，记录着消息的类型和大小，指向消息数据区的指针，Unix消息队列的链接指针等。
每个消息队列有一个称为key的名称，如同用户文件描述符一样，每个Unix消息队列还有一个消息队列描述符。
此外，在一个系统中，可能有若干个Unix消息队列，所有Unix消息队列的头标组成一个数组。
1.Unix操作系统建立或返回Unix消息队列描述符
进程可用系统调用megget来建立或返回Unix消息队列的描述符。
该系统调用的语法格式为：
1.intmegget（key,msgflg）
2.key_tkey;
3.intmegflg;
其中，key是Unix消息队列的名字；msgflg是用户设置的标志。
如果IPC_CREAT表示系统无以key命名的消息队列，则建立消息队列标识符；若已存在，则返回Unix消息队列描述符msgid。
对于系统调用，核心将搜索Unix消息队列头标数组，确定是否有指定关键字的Unix消息队列。
若无，核心将分配一新的队列结构，并返回给用户一个Unix消息队列描述符；否则，它只是检查Unix消息队列的许可权之后便返回。
2.Unix操作系统消息的发送
进程可用megsnd（）系统调用来发送一个消息，并将它链入Unix消息队列的尾部。
该系统调用的语法格式如下：
1.intmsgsnd（msgid,msgp,msgsz,msgflg）
2.intmsgid;
3.structmsgbuf*msgp;
4.intmsgsz,msgflg;
其中，msgid是由msgget返回的Unix消息队列描述符；msgp指向包含这条消息的结构，该结构由如下两个成员组成：
1.structmsgbuf
2.{longmtype;/*消息类型*/
3.charmtext[];/*消息的文本*/}msgsz是mtext的字节长度；msgflg规定了当无内存空间来存储消息时，进程等待还是立即返回。
对于msgsnd（）系统调用，核心检查消息队列描述符和许可权是否合法；消息长度是否超过系统规定的长度，若过长，进程睡眠等待出现足够大的空间，通过检查后，核心为消息分配消息数据区，并将消息从用户空间拷贝到消息数据区，分配消息首部，将它链入该Unix消息队列的尾部，在消息首部填写消息类型，大小以及指向消息数据区的指针，还有修改消息队列的头标中的数据。
然后唤醒在等待消息到来的队列中睡眠的进程。
3.Unix操作系统消息的接收
进程可用msgrcv（）系统调用，从Unix消息队列中读一条消息，语法格式为：
1.intmsgrcv（msgid,msgp,msgsz,msgtyp,msgflg）
2.intmsgid,msgsz,msgflg;
3.structmsgbuf*msgp;
4.longmsgtyp;
其中，msgid,msgp,msgsz,msgflg与msgsnd相似，msgtype是规定用户想读的消息类型。
对于msgrcv（）系统调用是先由核心检查消息队列标识符和许可权，接着根据msgtyp分三种情况处理。
（1）msgtyp=0，核心寻找Unix消息队列中的第一个消息，并将它返回给调用进程；
（2）msgtyp为正整数，核心返回给类型的第一个消息；（3）msgtyp为负整数，核心应在其类型值小于或等于msgtyp绝对值的所有消息中，选择类型最低的第一消息返回。
如果所返回的消息的大小等于或小于用户请求，核心便将消息正文拷贝到用户区，再从队列中删除该消息，并唤醒睡眠的发送进程；如果消息比用户要求的大，则系统返回错误信息。
4.Unix操作系统Unix消息队列的操纵
可利用msgctl（）系统调用，来改变Unix消息队列的属性，即拥有者，许可权等。
其语法格式如下：
1.intmsgctl（msgid,cmd,buf）
2.intmsgid,cmd;
3.structmsgid_ds*buf;其中，cmd是规定的命令；buf是用户缓冲区地址，用户用它来存放控制参数和查询结果。
命令可分为三类：
（1）用于查询有关Unix消息队列的情况。
（2）用于改变有关Unix消息队列的属性。
（3）消除Unix消息队列的标识符。
三、Unix操作系统多路复用消息
在客户-服务员模型中，一个服务员往往对应多个客户。
这时我们可以利用消息的类型参量，让多个进程把消息放入同一个队列中，以便Unix消息队列能够多路复用。
如图2所示，我们只要把type置为1，以表示消息是从客户流向服务员的。
如果客户把它的进程号作为消息的一部分传递，那么服务员只要把客户进程号作为其消息类型，把它的消息发送给客户进程。
每个客户进程都把msgrcv的参数msgtyp置为其进程号。
二、消息的创建、发送和接收的实验步骤：
1.编制两个程序client.c和server.c，分别用于消息的发送和接收。
2.client与server均建立关键字为75的消息队列
所编代码如下：
参考程序
client.c
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMSGKEY75/*定义一个消息关键字*/
structmsgform/*定义一个结构，它是一个消息的模式，只说明结构的形式*/
{longmtype;/*消息类型*/
charmtext[256];/*消息正文数组*/
};
intmain（）{
{structmsgformmsg;/*定义msg是前面说明的消息结构类型的变量*/
intmsggid,pid,*pint;
msggid=msgget（MSGKEY,0777）;/*用系统调用创建一个消息队列*/
pid=getpid（）;/*获得当前进程的PID*/
printf（“client:
pid=%d\n”,pid）;
pint=（int*）msg.mtext;/*将消息正文的头指针赋给指针变量pint*/
*pint=pid;
msg.mtype=1;/*指定客户进程的消息类型为1*/
msgsnd（msggid,&msg,sizeof（int）,0）;/*向msggid的消息队列发送消息msg*/
msgrcv（msggid,&msg,256,pid,0）;/*接收pid类型的消息*/
printf（“client:
receivefrompid%d\n”,*pint）;
return0;
}
server.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMSGKEY75/*定义一个消息关键字*/
structmsgform/*定义一个与客户端相同的消息关键字*/
{longmtype;/*消息类型*/
charmtext[256];/*消息正文数组*/
}msg;/*也可以使用这种方式说明消息结构变量*/
voidcleanup（intsigno）;/*说明一个外部函数*/
intmsggid;
intmain（）
{
inti,pid,*pint;
for（i=0;i<23;i++）/*对22个软中断的特殊处理*/
signal（i,cleanup）;/*若收到22个软中断，转向执行cleanup*/
msggid=msgget（MSGKEY,0777|IPC_CREAT）;
/*创建一个与客户程序相同关键字的消息队列，但它的标志是0777与IPC_CREAT做“或”操作的结果*/
printf（“server:
pid=%d\n”,getpid（））;/*输出服务端的进程ID*/
for（;;）/*用无限循环完成下列语句*/
{msgrcv（msggid,&msg,256,1,0）;/*接收来自客户进程或类型为1的消息*/
pint=（int*）msg.mtext;/*将客户端的消息正文传递给pint*/
pid=*pint;//将读出消息指针送pid，此时*pint中是客户进程的pid值printf（“server:
receivefrompid%d\n”,pid）;
msg.mtype=pid;/*已接受客户进程的pid为消息类型*/
*pint=getpid（）;/*以本进程pid作为消息构成消息传递内容*/
msgsnd（msggid,&msg,sizeof（int）,0）;/*发送消息*/
}
}
voidcleanup（intsigno）
{msgctl（msggid,IPC_RMID,0）;/*删除消息队列*/
exit（0）;
}
注意：
二个程序分别编辑、编译为client与server。
执行：
./server&
./client
或者在2个控制台执行程序。
执行一次server，执行多次client结果如下：
单独执行server与client结果如下:
思考
1）、单独执行client或server有什么结果？
答：
运行./server然后发现根本就停不下来，于是按下ctrl+c，之后再输入./client，结果如上图所示。
上面显示的是两次结果。
2）、执行一个server程序，多次执行client有什么结果？
答：
先运行./server&，即让server程序先在后台运行，让后多次执行./client，运行的结果如图一所示。
显示表明每次运行的结果都可能是不同的，而且有局部效应。
即PID号总是在某个区域内变化。
3）、消息机制与管道通信的区别？
答：
管道通信（PIPE）
管道通信方式的中间介质是文件，通常称这种文件为管道文件。
两个进程利用管道文件进行通信时，一个
进程为写进程，另一个进程为读进程。
写进程通过写端（发送端）往管道文件中写入信息；读进程通过读
端（接收端）从管道文件中读取信息。
两个进程协调不断地进行写、读，便会构成双方通过管道传递信息
的流水线。
利用系统调用PIPE（）创建一个无名管道文件，通常称为无名管道或PIPE；利用系统调用MKNOD（）创建
一个有名管道文件，通常称为有名管道或FIFO。
PIPE是一种非永久性的管道通信机构，当它访问的进程全部终止时
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