操作系統(tǒng)進(jìn)程通信共享內(nèi)存課程設(shè)計報告書

1、. . . . 城建學(xué)院操作系統(tǒng)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目： 進(jìn)程通信 專 業(yè)： 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師： 邵國金、郭猛、薛冰 班 級：學(xué) 號：姓 名：同 組 人：計算機(jī)科學(xué)與工程系2013年1 月 10 日前 言本設(shè)計是基于課程中學(xué)到的UNIX系統(tǒng)調(diào)用，使用操作系統(tǒng)環(huán)境是Red Hat Linux 9，言語開發(fā)環(huán)境是Linux的GNU C或C+。Linux操作系統(tǒng)是一個向用戶開放源碼的免費(fèi)的類UNIX操作系統(tǒng)。它為在校學(xué)生學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程提供了一個看得見摸得著的例。對于學(xué)生正確理解,掌握操作系統(tǒng)的基本知識具有重要意義。鑒于此,本操作系統(tǒng)課程涉與的實(shí)驗(yàn)均在Linux環(huán)境下進(jìn)行。這就要求大家：(

2、1)熟悉Linux的操作和開發(fā)環(huán)境;(2)具有C語言知識(Linux操作系統(tǒng)大約90%的源碼是用C語言編寫)。我們的設(shè)計和實(shí)驗(yàn)將在Windows xp環(huán)境下，基于虛擬機(jī)軟件VMWare軟件進(jìn)行安裝。學(xué)習(xí)計算機(jī)軟件技術(shù)，特別是計算機(jī)操作系統(tǒng)技術(shù)，除了需要刻苦努力外，還需要掌握軟件和操作系統(tǒng)的原理與設(shè)計技巧。如何學(xué)習(xí)和掌握操作系統(tǒng)技術(shù)的原理與實(shí)際技巧呢?除了聽課和讀書之外，最好的方法恐怕就是在實(shí)踐中練習(xí)。例如，自己設(shè)計一個小型操作系統(tǒng)，多使用操作系統(tǒng)，多閱讀和分析操作源代碼等。但由于我們的條件和學(xué)時有限，在理論學(xué)習(xí)過程中沒有給同學(xué)們提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會?；诠蚕泶娴倪M(jìn)程通信，通過在兩個進(jìn)程間創(chuàng)建一塊

3、共享存，將共享存塊分為兩部分，標(biāo)示位和數(shù)據(jù)域。通過實(shí)踐讓我們了解了什么是共享存通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了程序進(jìn)程間的通信。積極通過合作，完成任務(wù)。目錄一、系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境- 4 -二、設(shè)計目的- 5 -三、設(shè)計題目與要求- 6 -四、總體設(shè)計- 7 -1、服務(wù)器功能- 7 -2、客戶端功能- 7 -3、文件讀取功能- 8 -4、界面顯示函數(shù)- 8 -5、組成框圖：- 9 -6.共享存分配- 9 -7.總體流程圖- 10 -五、詳細(xì)設(shè)計- 11 -1.主函數(shù)- 11 -2.菜單顯示- 11 -3.服務(wù)器端：- 12 -4.客戶端程序：- 14 -5、部分函數(shù)介紹- 15 -六、調(diào)試與測試- 17 -七、執(zhí)行結(jié)

4、果與分析- 18 -八、源程序清單- 20 -九、心得體會- 25 -十、參考文獻(xiàn)- 26 -一、系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境Windows Xp系統(tǒng)、虛擬機(jī)上運(yùn)行的Red Hat Linux 9系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。二、設(shè)計目的1、進(jìn)一步了解什么是進(jìn)程，以與創(chuàng)建進(jìn)程的方式。2、實(shí)現(xiàn)UNIX/LINUX系統(tǒng)環(huán)境下的進(jìn)程通信方式。3、熟練掌握C/S中的共享存通信機(jī)制。4、開辟一個共享區(qū)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程共享資源，互相通信。三、設(shè)計題目與要求利用UNIX系統(tǒng)提供的進(jìn)程通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)通信以與共享存區(qū)的實(shí)現(xiàn)(1) 共享存儲區(qū)的創(chuàng)建，附接和斷接使用系統(tǒng)調(diào)用shmget()，shmat()，msgdt()，shmctl()，編制一長度為1

5、K的消息發(fā)送和接收的程序。1）為了便于操作和觀察結(jié)果，用一個程序作為“引子”，先后fork()兩個子進(jìn)程，SERVER和CLIENT，進(jìn)行通信。SERVER和CLIENT也可分別為2個各自獨(dú)立的程序。2）SERVER端建立一個Key為375的共享區(qū)，并將第一個字節(jié)置為-1，作為數(shù)據(jù)空的標(biāo)志，等待其他進(jìn)程發(fā)來的消息。當(dāng)該字節(jié)的值發(fā)生變化時，表示收到了信息，并進(jìn)行處理。然后再次把它的值設(shè)為-1。如果遇到的值為0，則視為結(jié)束信號，取消該隊列，并退出SERVER。SERVER每接收到一次數(shù)據(jù)后顯示“(server)received”。3）CLIENT端建立一個Key為375的共享區(qū)，當(dāng)共享取得第一個字

6、節(jié)為-1時，SERVER端空閑，可發(fā)送請求。CLIENT隨即填入9到0。期間等待Server端的再次空閑。進(jìn)行完這些操作后，CLIENT退出。CLIENT每發(fā)送一次數(shù)據(jù)后顯示“(client)sent”。4）父進(jìn)程在SERVER和CLIENT均退出后結(jié)束。（2）功能擴(kuò)展：在sever端創(chuàng)建一個服務(wù)函數(shù)，從而形成C/S通訊模式要求SERVER每接收到一次數(shù)據(jù)后不僅僅顯示“(server)received”，而是做一些其它事情，比如讀取或查詢某個文件等。此功能可由設(shè)計者自己定義。四、總體設(shè)計1.服務(wù)器功能服務(wù)器共有四塊共享存,分別用addr1，addr2，addr3，addr4接收，其中addr1

7、為整形指針，addr1，addr2，addr3為結(jié)構(gòu)體型指針，結(jié)構(gòu)體的定義如下：Typedef strcut addressInt mark; Char ch20;address;其中的mark成員用來作為標(biāo)記為標(biāo)示共享存塊的狀態(tài)，-1表示該存塊空閑，服務(wù)端可以發(fā)送服務(wù)請求，1,2,3這分別表示服務(wù)器正在處理不同的服務(wù)請求，客戶端需等待。而字符數(shù)組成員ch則用來將各個客戶端的文件中的數(shù)據(jù)放入對應(yīng)的共享存塊中，與服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。而存塊之所以既能實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的通信，又能相互之間交換數(shù)據(jù)，在于shmat函數(shù)的返回值為void*，可以將其轉(zhuǎn)化為任意類型的指針變量，該函數(shù)調(diào)用如下：Addr1=（a

8、ddress*）shmat(shmid1,1024,0);Addr2=（address*）shmat(shmid2,1024,0);Addr3=（address*）shmat(shmid31024,0);該四塊共享存分別用于實(shí)現(xiàn)接受各個客戶端的服務(wù)請求，處理客戶端1，客戶端2，客戶端3的服務(wù)請求。各個共享存模塊的處理方法基本一致，即服務(wù)器處理完客戶端的請求，將addr置為-1，即表示自己已空閑，可以接受服務(wù)請求；客戶端發(fā)出服務(wù)請求后，等待服務(wù)器處理，一旦服務(wù)得到相應(yīng)，將addr置為1或2或3。2.客戶端功能可具體分成3個客戶端，每個客戶端均包含兩塊共享存，第一塊用于發(fā)送請求，其鍵值為各個客戶端

9、所知，第二塊用于與服務(wù)器交互階段的數(shù)據(jù)傳遞，其鍵值僅有本客戶端與服務(wù)器知道。每塊共享存一包含兩部分：1用于表示共享存塊的狀態(tài)的addr1->mark，2用于保存本客戶端數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)域。其所在的進(jìn)程完成自己的請求后，調(diào)用exit（0）退出本進(jìn)程。其分配共享存塊的系統(tǒng)的調(diào)用函數(shù)為：Shmid1=shmget（SHMKEY,1024，0777|IPC_CREAT）;Shmid2=shmget（SHMKEY,1024，0777|IPC_CREAT）;Shmid3=shmget（SHMKEY,1024，0777|IPC_CREAT）;至于存共享的實(shí)現(xiàn)方式，與服務(wù)器一樣。3.文件讀取功能 每個客戶

10、端均設(shè)置此功能，例如購買手機(jī)卡時，客戶端1需檢索自己的文件中是否存在該，如果已存在，則提示客戶改已注冊，需重新選擇。該功能模塊涉與到：1讀文件2查找對于讀文件，首先需打開文件，該函數(shù)定義一個文件型指針fp，賦值操作為：Fp=fopen（“Info.txt”,”rw+”）;打開文件成功后，利用fgetc（）函數(shù)從文件中一個一個字符的讀取，當(dāng)遇到n時，說明一個已經(jīng)讀取完畢。其函數(shù)使用如下：C=fgetc();While(!feof(fp)If(c=n)Numberi=0;I=-1;ElseNumberi=c;C=fgetc();+I;對于本系統(tǒng)的檢索功能，因?yàn)槲募淖x取操作較慢，很有可能使客戶端進(jìn)

11、程阻塞，故設(shè)置一個cellnumber（）函數(shù)，使其預(yù)先將本文件中的所有全部讀出，放入一個字符型二維數(shù)組中，這樣當(dāng)服務(wù)器需檢索文件中時，直接從該二維數(shù)組中檢索即可，大大提高了檢索速度。檢索所采用的方法是順序查找法，可以達(dá)到預(yù)定的速度要求。4.界面顯示函數(shù) 即系統(tǒng)中的display（）函數(shù)，其包含四個功能選項：1：購買手機(jī)卡；2：手機(jī)充值；3；辦理網(wǎng)銀；4:；退出本系統(tǒng)前三項功能每一項對應(yīng)一個客戶進(jìn)程，具體哪項進(jìn)程由choice變量控制。5.組成框圖： 總體服務(wù) 3個客戶端 display() cellnumber() 服務(wù)器端6.共享存分配 共享存區(qū)-1 由SERVER端開辟一塊用來與各個客戶

12、端通信的共享存區(qū) 共享存區(qū)-1 客戶1與服務(wù)器端共享存區(qū)。 共享存區(qū)-1客戶2與服務(wù)器端共享存區(qū)共享存區(qū)-1 客戶3與服務(wù)器端共享存區(qū)。7.總體流程圖開始i=0i=fork()Cellnumber文件信息 Y Ni=fork()Serverr服務(wù)器i=0 Y NClient()Client(1)Chioice=Client(2) YClient(3) N結(jié)束 總體流程圖1五、詳細(xì)設(shè)計1.主函數(shù)int main()int choice,i; char ch520; display(); do printf("請選擇一項功能項:n"); scanf("%d"

13、,&choice); fflush(stdin); while(choice!=1&&choice!=2&&choice!=3&&choice!=4) printf("輸入有誤,請重新輸入:n"); scanf("%d",&choice); fflush(stdin); if(choice=4) return 0; else while(i=fork()=-1); if(!i)server(ch); else while (i=fork()=-1); if(!i)client(choice)

14、; wait(0);wait(0); while(choice!=4);return 0;2.菜單顯示void display()printf("-n");int i;for(i=1;i<=15;+i)if(i=3|i=6|i=9|i=12)if(i=3) printf("| 1.購買手機(jī)卡: |n");if(i=6) printf("| 2.手機(jī)充值: |n");if(i=9) printf("| 3.辦理網(wǎng)銀: |n");if(i=12) printf("| 4.退出本系統(tǒng): |n")

15、;elseprintf("| |n");printf("-n");3.服務(wù)器端：void server() char ch120;int shmid1,shmid2,shmid3,shmid4;shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT);addr=shmat(shmid,0,0);*addr=-1;while(*addr=-1);if(*addr=1) char c; char number50='0' FILE *fp; if(fp=fopen("Info.txt","

16、rw+")=NULL) printf("文件未能打開!n"); return ; shmid1=shmget(CLIENTONE,1024,0777|IPC_CREAT);addr1=shmat(shmid1,0,0);printf("請輸入您喜歡的手機(jī)：n"); addr1->makr=-1; while(addr1->makr=-1);if(addr1->makr=1) c=fgetc(fp); int i=0; while (!feof(fp) if(c='n') numberi='0'

17、i=-1; if(!strcmp(number,addr1->ch) printf("已經(jīng)占用，請重新選擇一個:n"); return ; else numberi=c; c=fgetc(fp); +i; printf("手機(jī)已選定，請繳費(fèi)100元:n");addr1->makr=-1;while(addr1->makr=-1);if(addr1->makr=2)printf("交易完成，祝您愉快！n");shmctl(shmid1,IPC_RMID,0);if(*addr=2)shmid2=shmget(CL

18、IENTTWO,1024,0777|IPC_CREAT);addr2=shmat(shmid2,0,0);printf("請輸入您的手機(jī)：n");addr2->makr=-1;while(addr2->makr=-1);if(addr2->makr=1)printf("Input Your Payroll:n");addr2->makr=-1;while(addr2->makr=-1);if(addr2->makr=2)printf("充值完成！n");shmctl(shmid2,IPC_RMID,

19、0);if(*addr=3) shmid3=shmget(CLIENTTHREE,1024,0777|IPC_CREAT);addr3=shmat(shmid3,0,0);printf("請輸入您的號：n");addr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=1)printf("請輸入您的手機(jī):n");addr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=2)printf("辦理完成，祝您愉快！n"

20、;);shmctl(shmid3,IPC_RMID,0);shmctl(shmid,IPC_RMID,0);4.客戶端程序：void client(int choice) int shmid1,shmid2,shmid3; int payroll;char ch120,ch250;shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT);addr=shmat(shmid,0,0); while(*addr!=-1);if(choice=1) *addr=1;shmid1=shmget(CLIENTONE,1024,0777|IPC_CREAT);addr1=shmat(

21、shmid1,0,0);while(addr1->makr!=-1);scanf("%s",addr1->ch);addr1->makr=1;while(addr1->makr!=-1);printf("已繳費(fèi)100元!n");addr1->makr=2;if(choice=2)*addr=2;shmid2=shmget(CLIENTTWO,1024,0777|IPC_CREAT);addr2=shmat(shmid2,0,0);while(addr2->makr!=-1);scanf("%s",c

22、h1);addr2->makr=1;while(addr2->makr!=-1); scanf("%d",&payroll);addr2->makr=2; if(choice=3) *addr=3;shmid3=shmget(CLIENTTHREE,1024,0777|IPC_CREAT);addr3=shmat(shmid3,0,0);while(addr3->makr!=-1);scanf("%s",ch1);addr3->makr=1;while(addr3->makr!=-1);scanf("

23、%s",ch2);addr3->makr=2;5.部分函數(shù)介紹1.int fork()創(chuàng)建一個新進(jìn)程。用法：int fork()其中返回int取值意義如下:0：創(chuàng)建子進(jìn)程,從子進(jìn)程返回的id值>0：從父進(jìn)程返回的子進(jìn)程id值-1：創(chuàng)建失敗2.int shmget(key,size,shmflg|IPC_CREAT)頭文件： #include<sys/shm.h> #include<sys/ipc.h>參數(shù)定義：key：為申請共享存的標(biāo)示符；size：為申請共享存的大??；shmflg:用戶設(shè)置的標(biāo)識或訪問方式，與消息緩沖shmget中的含義一樣，這實(shí)

24、驗(yàn)中可以使用0777|IPC_CREAT，表示任意進(jìn)程可讀可寫。IPC_CREAT:當(dāng)shmflg&IPC_CREAT為真時，如果核中不存在鍵值與key相等的共性存，則新建一個共享存；如果存在這樣的共享存，返回此共享存的標(biāo)識符。利用此系統(tǒng)調(diào)用在存中開辟一塊共享區(qū)。用法： int shmget()返回值為開辟出來共享存的標(biāo)號。3.void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg)頭文件： #include<sys/shm.h> #include<sys/types.h>參數(shù)定義：shmid:表示申請共享存空間

25、的標(biāo)示符。shmaddr：指定共享存出現(xiàn)在進(jìn)程存地址什么位置，直接指定為NULL讓核自己決定一個合適的位置shmflg:SHM_RDONLY為只讀模式，其他為讀寫模式。返回值為共享存的首地址。4.int shmctl(int shmid,int cmd,strucr shmid_ds *buf)頭文件： #include<sys/types.h> #include<sys/shm.h>參數(shù)定義：Shmid:共享存標(biāo)識符。該系統(tǒng)使用了存共享機(jī)制來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的通信與數(shù)據(jù)傳遞，其包含四個大的功能模塊：1：服務(wù)器功能，即server函數(shù)；2：客戶端功能，即client函數(shù)；3

26、：讀取各個客戶端文件功能，即cellnumber函數(shù)4：界面顯示函數(shù)，即display函數(shù)下面是每個功能模塊的具體分析過程：六、調(diào)試與測試任務(wù)一編譯方法： 編譯：cc liulong.c執(zhí)行：./a.out任務(wù)二編譯方法是：編譯：cc o endend endend.c執(zhí)行./endend運(yùn)行時，根據(jù)選擇不同的功能選項來啟動不同客戶端，而server端作為服務(wù)器仍將繼續(xù)運(yùn)行，你再次啟動client來請求服務(wù)。七、執(zhí)行結(jié)果與分析當(dāng)選這功能項1時，客戶1與服務(wù)器建立共享區(qū)來建立通信，這里用到了和文件相關(guān)聯(lián)，在當(dāng)前目錄下有一個文件，文件中有五條記錄，當(dāng)客戶選擇自己的是如果輸入的和文件中五條記錄中的一

27、項一樣就會彈出“手機(jī)已存在，請重新選擇！”這句話也就是說該已被別人注冊并使用，提示用戶重新選擇自己的。通過編譯后進(jìn)入該程序，如果輸入的不是當(dāng)前功能項提供的幾個選項會彈出來錯誤提示，提示用戶重新輸入想要選擇的功能項，這里用到了fflush(stdin)這個函數(shù)，當(dāng)輸入有誤時會清除掉緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)以便于用戶再次輸入。當(dāng)選擇功能項2時，這是一個為用戶充值的服務(wù)，選中該功能項時客戶端2會和服務(wù)器建立基于共享存的通信，這是用戶可以輸入自己的，這里也可以關(guān)聯(lián)到文件，可以在當(dāng)前目錄下創(chuàng)建一個文件，其中記錄了用戶的和對應(yīng)的余額，根據(jù)這個來為用戶提供要充值的服務(wù)。當(dāng)選擇功能項3時，這是一個為用戶辦理網(wǎng)銀的服務(wù)，

28、該功能也可以和文件相關(guān)聯(lián)，在當(dāng)前目錄下建立一個文件其中記錄了用戶的、號，根據(jù)用戶輸入共享區(qū)的數(shù)據(jù)，把共享區(qū)中的數(shù)據(jù)取出和文件中已存在的數(shù)據(jù)作比較，可以得到是否該用戶已存在進(jìn)而來為用戶提供辦理網(wǎng)銀的服務(wù)。當(dāng)各項功能服務(wù)都不需要時，可以選擇退出本系統(tǒng)，選擇功能項4時自動退出本服務(wù)系統(tǒng)。八、源程序清單#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include<string.h>#define SHMKEY 75#define CLI

29、ENTONE 100#define CLIENTTWO 150#define CLIENTTHREE 200void cellnumber(char phonenumber520)int j=0; char c;char number20='0'FILE *fp;if(fp=fopen("Info.txt","rw+")=NULL)printf("文件未能打開!n");return ;c=fgetc(fp);int i=0;while (!feof(fp)if(c='n')numberi='0&

30、#39;i=-1;strcpy(phonenumberj,number);j+;elsenumberi=c;c=fgetc(fp);+i;typedef struct addreint makr;char ch50;addre;addre *addr1,*addr2,*addr3;int shmid,*addr;void server(char phonenumber520) char ch120;int shmid1,shmid2,shmid3,shmid4;int i;shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT);addr=shmat(shmid,0,0

31、);*addr=-1;while(*addr=-1);if(*addr=1)shmid1=shmget(CLIENTONE,1024,0777|IPC_CREAT);addr1=shmat(shmid1,0,0);printf("請輸入您喜歡的手機(jī)：n");addr1->makr=-1;while(addr1->makr=-1);if(addr1->makr=1) for(i=0;i<5;+i)if(strcmp(phonenumberi,addr1->ch)printf("手機(jī)已存在，請重新選擇！n");return ;p

32、rintf("手機(jī)已選定，請繳費(fèi)100元:n");addr1->makr=-1;while(addr1->makr=-1);if(addr1->makr=2)printf("交易完成，祝您愉快！n");shmctl(shmid1,IPC_RMID,0);if(*addr=2)shmid2=shmget(CLIENTTWO,1024,0777|IPC_CREAT);addr2=shmat(shmid2,0,0);printf("請輸入您的手機(jī)：n");addr2->makr=-1;while(addr2->

33、makr=-1);if(addr2->makr=1)printf("Input Your Payroll:n");addr2->makr=-1;while(addr2->makr=-1);if(addr2->makr=2)printf("充值完成！n");shmctl(shmid2,IPC_RMID,0);if(*addr=3) shmid3=shmget(CLIENTTHREE,1024,0777|IPC_CREAT);addr3=shmat(shmid3,0,0);printf("請輸入您的號：n");ad

34、dr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=1)printf("請輸入您的手機(jī):n");addr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=2)printf("辦理完成，祝您愉快！n");shmctl(shmid3,IPC_RMID,0);shmctl(shmid,IPC_RMID,0);void client(int choice) int shmid1,shmid2,shmid3; int payroll;c

35、har ch120,ch250;shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT);addr=shmat(shmid,0,0); while(*addr!=-1);if(choice=1) *addr=1;shmid1=shmget(CLIENTONE,1024,0777|IPC_CREAT);addr1=shmat(shmid1,0,0);while(addr1->makr!=-1);scanf("%s",addr1->ch);addr1->makr=1;while(addr1->makr!=-1);printf(&q

36、uot;已繳費(fèi)100元!n");addr1->makr=2;if(choice=2)*addr=2;shmid2=shmget(CLIENTTWO,1024,0777|IPC_CREAT);addr2=shmat(shmid2,0,0);while(addr2->makr!=-1);scanf("%s",ch1);addr2->makr=1;while(addr2->makr!=-1); scanf("%d",&payroll);addr2->makr=2; if(choice=3) *addr=3;shm

37、id3=shmget(CLIENTTHREE,1024,0777|IPC_CREAT);addr3=shmat(shmid3,0,0);while(addr3->makr!=-1);scanf("%s",ch1);addr3->makr=1;while(addr3->makr!=-1);scanf("%s",ch2);addr3->makr=2;exit(0);void display()printf("-n");int i;for(i=1;i<=15;+i)if(i=3|i=6|i=9|i=12)if(i=3) printf("| 1.購買手機(jī)卡: |n");if(i=6) printf("| 2.手機(jī)充值: |n");if(i=9) printf("| 3.辦理網(wǎng)銀: |n");if(i=12) printf("