《嵌入式系统开发实践》实验三 进程通信

news2024/11/25 15:24:18

一、 实验目的

  1. 掌握无名管道与有名管道的进程通信；
  2. 掌握消息队列的读写操作；
  3. 掌握共享内存的通信机制。

二、 实验任务与要求

  1. 管道读写程序的编写与应用；
  2. 消息队列的发送和接收程序的编写和应用；
  3. 共享内存的创建、连接和分离编程和应用。

三、 实验工具和环境
PC机、Linux Ubuntu操作系统。
四、 实验内容与结果

  1. 利用无名管道通信编写程序实现命令cat的功能。
    7.2.1-1
    在这里插入图片描述
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    // printf("%d", argc);
    if (argc < 2)
    {
        printf("argv lost\n");
        exit(0);
    }
    int fd[2];
    int err = pipe(fd);
    if (err == -1)
    {
        printf("pipe err\n");
        exit(0);
    }
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1)
        exit(0);
    else if (pid == 0)
    {
        close(fd[1]);
        char buf[256] = {0};
        int size = read(fd[0], buf, 256);

        if (size > 0)
            printf("son --- %s\n", buf);
        else
            printf("son read err\n");

        close(fd[0]);
        exit(0);
    }
    else if (pid > 0)
    {
        close(fd[0]);
        int fd2, size2;
        char buf2[256];
        fd2 = open(argv[1], O_RDONLY);
        if (fd2)
        {
            size2 = read(fd2, buf2, 256);
            write(fd[1], buf2, 256);
        }
        close(fd2);
        sleep(5);
        close(fd[1]);
        wait(NULL);
        exit(0);
    }
}

在这里插入图片描述
这段代码实现了一个简单的管道通信，父进程通过读取文件内容，将数据写入管道，子进程从管道中读取数据并打印。其中使用了fork创建子进程，pipe创建管道，open函数打开文件，read和write函数进行读写操作。程序在父进程中使用wait函数等待子进程退出。

  1. 设计两个程序：有名管道的读程序和写程序，要求利用有名管道实现聊天程序，每次发言后自动在后面增加当前系统时间。增加结束字符，比如最后输入“886”后结束进程。

写程序

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <time.h>

int main(void)
{
    int fd;
    int len;
    char buf[PIPE_BUF];
    time_t tp;
    printf("I am %d\n", getpid());
    if ((fd = open("fifo1", O_RDWR)) < 0)
    {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while (1)
    {
        time(&tp);
        printf("\n[%d]请输入文字：", getpid());
        char text[256];
        fgets(text, (sizeof text / sizeof text[0]), stdin);
        if (strcmp(text, "886\n") == 0)
        {
            printf("\n886!\n");
            close(fd);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
        len = sprintf(buf, "-[%d]: %s%s", getpid(), text, ctime(&tp));
        if ((write(fd, buf, len)) < 0)
        {
            perror("write");
            close(fd);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        sleep(3);
    }
    close(fd);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

读程序

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <time.h>

int main(void)
{
    int fd;
    int len;
    char buf[PIPE_BUF];
    mode_t mode = 0666;
    system("rm fifo1 > null");
    if ((mkfifo("fifo1", mode)) < 0)
    {
        perror("mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if ((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0)
    {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while ((len = read(fd, buf, PIPE_BUF)) > 0)
    {
        printf("%s", buf);
    }
    close(fd);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

在这里插入图片描述

这两段代码是一个进程间通信的例子，使用了命名管道（FIFO）来实现。第一个程序是写程序，不断从命令行读取用户输入的文字，将其和当前时间一起发送到命名管道中。第二个程序是读程序，不断从命名管道中读取数据并输出到控制台。通过命名管道，实现了两个进程之间的通信。其中，mkfifo函数用于创建命名管道，open函数用于打开命名管道，read和write函数用于读写数据，close函数用于关闭文件描述符。

  1. 设计一个程序，要求用函数msgget创建消息队列，从键盘输入的字符串添加到消息队列，然后应用函数msgrcv读取队列中的消息并在计算机屏幕上输出。程序先调用msgget函数创建、打开消息队列，接着调用msgsnd函数，把输入的字符串添加到消息队列中，然后调用msgrcv函数，读取消息队列中的消息并打印输出，最后调用msgctl函数，删除系统内核中的消息队列。
// q3reader.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
struct my_msg_st
{

	long int my_msg_type;
	char some_text[BUFSIZ];
};
int main(void)
{

	int running = 1;
	int msgid;
	struct my_msg_st some_data; // 定义消息变量
	long int msg_to_receive = 0;
	msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);
	if (msgid == -1)
	{
		fprintf(stderr, "msgget failed with error: %d\n", errno);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	/*创建消息队列*/
	/*循环从消息队列中接收消息*/
	while (running)
	{
		/*读取消息*/
		if (msgrcv(msgid, (void *)&some_data, BUFSIZ, msg_to_receive, 0) == -1)
		{
			fprintf(stderr, "msgrcv failed with error: %d\n", errno);
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		printf("You wrote: %s", some_data.some_text);
		/*接收到的消息为“end”时结束循环*/
		if (strncmp(some_data.some_text, "end", 3) == 0)
		{
			running = 0;
		}
	}
	/*从系统内核中移走消息队列*/
	if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "msgctl(IPC_RMID) failed\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	exit(EXIT_SUCCESS);
}


// q3writer.c 
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define MAX_TEXT 512
struct my_msg_st
{

	long int my_msg_type;
	char some_text[MAX_TEXT];
};
int main(void)
{
	int running = 1;
	struct my_msg_st some_data;
	int msgid;
	char buffer[BUFSIZ];
	/*创建消息队列*/
	msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);
	if (msgid == -1)
	{
		fprintf(stderr, "msgget failed with error:%d\n", errno);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	while (running)
	{ /*循环向消息队列中添加消息*/
		printf("Enter some text:");
		fgets(buffer, BUFSIZ, stdin); // 从标准输入文件读取字符串赋给buffer
		some_data.my_msg_type = 1;
		strcpy(some_data.some_text, buffer); // buffer的内容复制给消息
		/*添加消息*/
		if (msgsnd(msgid, (void *)&some_data, MAX_TEXT, 0) == -1)
		{
			fprintf(stderr, "msgsed failed\n");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		/*用户输入的为“end”时结束循环*/
		if (strncmp(buffer, "end", 3) == 0)
		{
			running = 0;
		}
	}
	exit(EXIT_SUCCESS);
}

在这里插入图片描述

这两段代码分别实现了消息队列的读和写操作。其中，q3reader.c创建了一个消息队列，并通过循环从中接收消息，如果接收到的消息为“end”，则结束程序；而q3writer.c循环向消息队列中添加消息，如果用户输入的消息为“end”，则结束程序。两段代码都使用了结构体my_msg_st来定义消息，其包含了消息类型my_msg_type和消息内容some_text。在创建/添加消息的时候，需要使用msgsnd/mssgrcv函数，并将my_msg_st作为参数传递进去。同时，需要使用msgget函数获取消息队列的ID，并使用msgctl函数移走消息队列。

  1. 设计两个程序要求用消息队列实现简单的聊天功能。
// q3reader.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
struct my_msg_st
{

	long int my_msg_type;
	char some_text[BUFSIZ];
};
int main(void)
{

	int running = 1;
	int msgid;
	struct my_msg_st some_data; // 定义消息变量
	long int msg_to_receive = 0;
	msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);
	if (msgid == -1)
	{
		fprintf(stderr, "msgget failed with error: %d\n", errno);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	/*创建消息队列*/
	/*循环从消息队列中接收消息*/
	while (running)
	{
		/*读取消息*/
		if (msgrcv(msgid, (void *)&some_data, BUFSIZ, msg_to_receive, 0) == -1)
		{
			fprintf(stderr, "msgrcv failed with error: %d\n", errno);
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		printf("You wrote: %s", some_data.some_text);
		/*接收到的消息为“end”时结束循环*/
		if (strncmp(some_data.some_text, "end", 3) == 0)
		{
			running = 0;
		}
	}
	/*从系统内核中移走消息队列*/
	if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "msgctl(IPC_RMID) failed\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	exit(EXIT_SUCCESS);
}


// q3writer.c 
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define MAX_TEXT 512
struct my_msg_st
{

	long int my_msg_type;
	char some_text[MAX_TEXT];
};
int main(void)
{
	int running = 1;
	struct my_msg_st some_data;
	int msgid;
	char buffer[BUFSIZ];
	/*创建消息队列*/
	msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT);
	if (msgid == -1)
	{
		fprintf(stderr, "msgget failed with error:%d\n", errno);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	while (running)
	{ /*循环向消息队列中添加消息*/
		printf("Enter some text:");
		fgets(buffer, BUFSIZ, stdin); // 从标准输入文件读取字符串赋给buffer
		some_data.my_msg_type = 1;
		strcpy(some_data.some_text, buffer); // buffer的内容复制给消息
		/*添加消息*/
		if (msgsnd(msgid, (void *)&some_data, MAX_TEXT, 0) == -1)
		{
			fprintf(stderr, "msgsed failed\n");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		/*用户输入的为“end”时结束循环*/
		if (strncmp(buffer, "end", 3) == 0)
		{
			running = 0;
		}
	}
	exit(EXIT_SUCCESS);
}
  1. 在主程序中先调用shmget函数创建一个共享内存，得到共享内存的id，然后利用shmat函数将创建的共享内存连接到一个进程的地址空间，返回值为该内存空间的地址指针，利用地址指针对共享内存进行访问；最后利用shmdt函数分离进程和共享内存。
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define BUFSZ 4096
int main(int argc, char *argv[])
{
    int shm_id;
    char *shm_buf;
    key_t key;
    system("touch shmfile");
    // 生成一个共享内存段的唯一键
    key = ftok("shmfile", 65);
    if (key == -1)
    {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }
    // 用键和共享内存段的大小创建一个共享内存段并获取它的 ID
    shm_id = shmget(key, BUFSZ, 0666 | IPC_CREAT);
    if (shm_id < 0)
    {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }
    printf("successfully created segment: %d \n", shm_id);
    // 将共享内存段连接到进程地址空间并获取一个指向它的指针
    if ((shm_buf = shmat(shm_id, NULL, 0)) == (char *)-1)
    {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }
    printf("segment attached at %p\n", shm_buf);
    system("ipcs -m");
    sleep(3); /*休眠*/
    // 将共享内存段从进程地址空间分离
    if ((shmdt(shm_buf)) < 0)
    {
        perror("shmdt");
        exit(1);
    }
    printf("segment detached \n");
    system("ipcs -m "); /*再次查看系统IPC状态*/
    // 删除共享内存段
    if (shmctl(shm_id, IPC_RMID, NULL) == -1)
    {
        perror("shmctl");
        exit(1);
    }
    printf("segment removed \n");
    system("ipcs -m "); /*再次查看系统IPC状态*/
    exit(0);
}

在这里插入图片描述

这段代码演示了创建、连接、分离、删除共享内存段的过程。首先使用ftok函数生成一个共享内存段的唯一键，然后使用shmget函数创建一个共享内存段并获取它的ID。接着使用shmat函数将共享内存段连接到进程地址空间并获取一个指向它的指针。然后可以使用shm_buf指针来读写共享内存段。当不需要使用共享内存段时，可以使用shmdt函数将它从进程地址空间分离。最后使用shmctl函数删除共享内存段并释放它的系统资源。在代码中还使用了system函数调用ipcs命令来查看系统中的IPC状态。

  1. 编写生产者、消费者程序。

（1） 消费者程序中创建一个共享内存段，并将其中的内容显示出来；

消费者程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define SHM_SIZE 1024  // 共享内存大小
#define SHM_KEY 1234   // 共享内存键值

int main()
{
    int shmid;
    char *shmaddr;

    // 连接到已有的共享内存段并获取其地址
    shmid = shmget(SHM_KEY, SHM_SIZE, 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shmaddr == (char *)(-1)) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    printf("Content of shared memory:\n%s", shmaddr);  // 显示共享内存中的内容

    // 断开共享内存连接
    shmdt(shmaddr);

    return 0;
}

（2） 生产者连接到一个已有的共享内存段，并允许向其中写入数据。

生产者程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define SHM_SIZE 1024  // 共享内存大小
#define SHM_KEY 1234   // 共享内存键值

int main()
{
    int shmid;
    char *shmaddr;
    char buffer[256];

    // 创建共享内存段
    shmid = shmget(SHM_KEY, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    // 连接到共享内存段并获取其地址
    shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shmaddr == (char *)(-1)) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    while (1) {
        printf("Enter message: ");
        fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);
        strncpy(shmaddr, buffer, SHM_SIZE);  // 写入共享内存
    }
    
    // 断开共享内存连接
    shmdt(shmaddr);
    
    // 删除共享内存段
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;
}

在这里插入图片描述
生产者程序使用 shmget() 函数创建了一个大小为 SHM_SIZE 的共享内存段，并使用 shmat() 函数将其连接到进程的虚拟地址空间，从而获取其地址指针 shmaddr。然后通过 fgets() 函数从标准输入读取字符串，再使用 strncpy() 将其写入共享内存中。这个过程循环执行，直到程序结束。最后使用 shmdt() 断开共享内存连接，使用 shmctl() 删除共享内存段。

消费者程序先使用 shmget() 函数连接到已有的共享内存段，并使用 shmat() 函数将其连接到进程的虚拟地址空间，从而获取其地址指针 shmaddr。然后通过 printf() 打印共享内存中的内容。最后使用 shmdt() 断开共享内存连接。

五、 实验总结

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近日&#xff0c;ONES 成功入选 2022 年深圳市专精特新中小企业名单&#xff0c;这标志着 ONES 在研发管理领域专业化、企业数字化程度、质量管理水平、研发创新水平等多个方面得到充分认可和肯定。 深圳市专精特新企业评选是以工业和信息化部、国家统计局、国家发展改革委、财…
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Live800：客服系统知识库建设中需要注意的三个要点

Live800：客服系统知识库建设中需要注意的三个要点

互联网的快速发展&#xff0c;让客服行业也随之发生着巨大的变化。传统的客服方式越来越难以满足人们的需求&#xff0c;客户对客服的要求也变得越来越高。在这种情况下&#xff0c;客服系统成为了一种必不可少的工具。 客服系统作为企业与客户沟通的重要渠道&#xff0c;其之所…
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聚观早报 | 微软Build开发者大会开幕；阿里云智能裁员7%

聚观早报 | 微软Build开发者大会开幕；阿里云智能裁员7%

今日要闻&#xff1a;微软Build开发者大会开幕&#xff1b;阿里云智能裁员7%&#xff1b;亚马逊中国宣布停止应用商店服务&#xff1b;苹果汽车项目启动已近10年&#xff1b;阿迪达斯中国将重新出售YEEZY系列 微软Build开发者大会开幕 5 月 24 日消息&#xff0c;继两周之前谷…
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linux怎么重置密码，CentOS忘记密码，怎么重置密码

linux怎么重置密码，CentOS忘记密码，怎么重置密码

1、打开虚拟机 2、在这个界面按 e 进入到这个界面 3、下滑到这个地方&#xff0c;添加这部分代码 init/bin/sh (手动输入&#xff0c;虚拟机算是另一台电脑&#xff0c;复制不过去的) 4、填写完成后按 ctrlx 引导启动 5、输入 mount -o remount, rw / 输入 passwd xxx PS…
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Jenkins+GitLab+Docker搭建前端自动化构建镜像容器部署(无本地证书，映射证书)

Jenkins+GitLab+Docker搭建前端自动化构建镜像容器部署(无本地证书，映射证书)

前言 &#x1f680; 需提前安装环境及知识点&#xff1a; 1、Docker搭建及基础操作 2、DockerFile文件描述 3、Jenkins搭建及基础点 &#x1f680; 目的&#xff1a; 将我们的前端项目打包成一个镜像容器并自动发布部署&#xff0c;可供随时pull访问 一、手动部署镜像及容器 1…
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Blazor实战——Known框架增删改查导

Blazor实战——Known框架增删改查导

本章介绍学习增、删、改、查、导功能如何实现&#xff0c;下面以商品资料作为示例&#xff0c;该业务栏位如下&#xff1a; 类型、编码、名称、规格、单位、库存下限、库存上限、备注 1. 前后端共用 1.1. 创建实体类 在KIMS项目Entities文件夹下创建KmGoods实体类该类继承Ent…
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一个程序最多能占用的内存大小

一个程序最多能占用的内存大小

因为内存资源总是稀缺的&#xff0c;即便在拥有百 G 内存的机器上&#xff0c;我们都可以轻易把内存填满。为了解决这个问题&#xff0c;就需要用到虚拟化技术。 GC 是面试的高频重点知识&#xff0c;同时也是程序员日常开发需要理解的部分。学习 GC 有助于你优化你开发应用的性…
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1分钟用上ChatGPT，国内用户福音

1分钟用上ChatGPT，国内用户福音

众所周知的原因&#xff0c;要想在国内使用ChatGPT&#xff0c;肯定是要“折腾一番”的。 但是对于绝大多数普通小白&#xff0c;有没有比较容易的方法就用上官方的ChatGPT呢&#xff1f; 是可以的 最简单的方法就是调用OpenAI官方的API接口 就可以用“曲线救国”的方式用上…
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免费部署你的私人 ChatGPT 网页应用

免费部署你的私人 ChatGPT 网页应用

免费部署你的私人 ChatGPT 网页应用 1、注册Github账号&#xff0c;拷贝仓库 第一步、打开GitHub官网&#xff0c;点击右上角Sign up注册即可 第二步、打开开源项目【Chatgpt-next-web】,点击fork&#xff0c;点击Create fork完成操作 2、选择免费的容器【vercel】或者【r…
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