操作系统实验 消息的发送与接收.docx
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操作系统实验消息的发送与接收
操作系统实验消息的发送与接收
MSG
一、实验目的
1、了解什么是消息
2、熟悉消息传送的机理。
二、实验内容
消息的创建、发送和接收。
使用系统调用msgget（）,msgsnd（）,msgrev（）,及msgctl（）编制一长度为１k的消息发送和接收的程序
三、实验内容指导提示
（一）、什么是消息
消息（message）是一个格式化的可变长的信息单元。
消息机制允许由一个进程给其它任意的进程发送一个消息。
当一个进程收到多个消息时，可将它们排成一个消息队列。
消息使用二种重要的数据结构：
一是消息首部，其中记录了一些与消息有关的信息，如消息数据的字节数；二个消息队列头表，其每一表项是作为一个消息队列的消息头，记录了消息队列的有关信息。
1、消息机制的数据结构
（1）消息首部
记录一些与消息有关的信息，如消息的类型、大小、指向消息数据区的指针、消息队列的链接指针等。
（2）消息队列头表
其每一项作为一个消息队列的消息头，记录
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）
本函数使用的头文件如下：
#include
#include
#include
参数定义：
intmsgrcv（msgqid,msgp,size,type,flag）
intmsgqid,size,flag;
structmsgbuf*msgp;
longtype;
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）;
本函数使用的头文件如下：
#include
#include
#include
参数定义：
intmsgctl（msgqid,cmd,buf）;
intmsgqid,cmd;
structmsgqid_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；
（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。
消除消息队列的标识符。
msgqid_ds结构定义如下：
structmsgqid_ds
{structipc_permmsg_perm;/*许可权结构*/
shortpad1[7];/*由系统使用*/
ushortmsg_qnum;/*队列上消息数*/
ushortmsg_qbytes;/*队列上最大字节数*/
ushortmsg_lspid;/*最后发送消息的PID*/
ushortmsg_lrpid;/*最后接收消息的PID*/
time_tmsg_stime;/*最后发送消息的时间*/
time_tmsg_rtime;/*最后接收消息的时间*/
time_tmsg_ctime;/*最后更改时间*/
};
structipc_perm
{ushortuid;/*当前用户*/
ushortgid;/*当前进程组*/
ushortcuid;/*创建用户*/
ushortcgid;/*创建进程组*/
ushortmode;/*存取许可权*/
{shortpid1;longpad2;}/*由系统使用*/
}
（三）、参考程序
1、client.c
#include
#include
#include
#defineMSGKEY75
structmsgform
{longmtype;
charmtext[1000];
}msg;
intmsgqid;
voidclient（）
{
inti;
msgqid=msgget（MSGKEY,0777）;/*打开75#消息队列*/
for（i=10;i>=1;i--）
{
msg.mtype=i;
printf（“（client）sent\n”）;
msgsnd（msgqid,&msg,1024,0）;/*发送消息*/
}
exit（0）;
}
main（）
{
client（）;
}
2、server.c
#include
#include
#include
#defineMSGKEY75
structmsgform
{longmtype;
charmtext[1000];
}msg;
intmsgqid;
voidserver（）
{
msgqid=msgget（MSGKEY,0777|IPC_CREAT）;/*创建75#消息队列*/
do
{
msgrcv（msgqid,&msg,1030,0,0）;/*接收消息*/
printf（“（server）received\n”）;
}while（msg.mtype!
=1）;
msgctl（msgqid,IPC_RMID,0）;/*删除消息队列，归还资源*/
exit（0）;
}
main（）
{
server（）;
}
（四）、程序说明
1、为了便于操作和观察结果，编制二个程序client.c和server.c，分别用于消息的发送与接收。
2、server建立一个Key为75的消息队列，等待其它进程发来的消息。
当遇到类型为1的消息，则作为结束信号，取消该队列，并退出server。
server每接收到一个消息后显示一句“（server）received。
”
3、client使用key为75的消息队列，先后发送类型从10到1的消息，然后退出。
最后一个消息，即是server端需要的结束信号。
client每发送一条消息后显示一句“（client）sent”。
4、注意：
二个程序分别编辑、编译为client与server。
执行：
./server&
ipcs-q
./client。
（五）、运行结果
从理想的结果来说，应当是每当client发送一个消息后，server接收该消息，client再发送下一条。
也就是说“（client）sent”和“（server）received”的字样应该在屏幕上交替出现。
实际的结果大多是，先由client发送了两条消息，然后server接收一条消息。
此后client、server交替发送和接收消息。
最后server一次接收两条消息。
client和server分别发送和接收了10条消息，与预期设想一致。
（六）、思考
message的传送和控制并不保证完全同步，当一个程序不在激活状态的时候，它完全可能继续睡眠，造成了上面的现象，在多次sendmessage后才recievemessage。
这一点有助于理解消息传送的实现机理。
【附加：
共享存储区的创建,附接和断接来实现进程通信《留给有时间的同学看》
<任务>
使用系统调用shmget（）,sgmat（）,smgdt（）,shmctl（）编制一个与上述功能相同的程序.
<程序设计>
（1）为了便于操作和观察结果，用一个程序为“引子”，先后fork（）两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。
（2）SERVER端建立一个KEY为75的共享区,并将第一个字节置为-1.作为数据空的标志.等待其他进程发来的消息.当该字节的值发生变化时,表示收到了该消息,进行处理.然后再次把它的值设为-1.如果遇到的值为0,则视为结束信号,取消该队列,并退出SERVER.SERVER每接收到一次数据后显示”（server）received”.
（3）CLIENT端建立一个为75的共享区,当共享取得第一个字节为-1时,Server端空闲,可发送请求.CLIENT随即填入9到0.期间等待Server端再次空闲.进行完这些操作后,CLIENT退出.CLIENT每发送一次数据后显示”（client）sent”.
（4）父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束.
<程序>
#include
#include
#include
#defineSHMKEY75/*定义共享区关键词*/
intshmid,i;
int*addr;
void*shmat（）;/*如果去掉这行，看看运行结果，分析为什么*/
CLIENT（）
{
inti;
shmid=shmget（SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT）;/*获取共享区，长度1024，关键词SHMKEY*/
addr=shmat（shmid,0,0）;/*共享区起始地址为addr*/
for（i=9;i>=0;i--）
{
while（*addr!
=-1）;
printf（"（client）sent\n"）;/*打印（client）sent*/
*addr=i;/*把i赋给addr*/
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