8.7 实验内容
8.7.1 管道通信实验
1．实验目的
通过编写有名管道多路通信实验，读者可进一步掌握管道的创建、读写等操作，同时，也复习使用select()函数实现管道的通信。
2．实验内容
读者还记得在6.3.3小节中，通过mknod命令创建两个管道的实例吗？本实例只是在它的基础上添加有名管道的创建，而不用再输入mknod命令。
3．实验步骤
（1）画出流程图。
该实验流程图如图8.9所示。
图8.9 8.6.1实验流程图
（2）编写代码。
该实验源代码如下所示。
/* pipe_select.c*/
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>
#define FIFO1 "in1"
#define FIFO2 "in2"
#define MAX_BUFFER_SIZE 1024 /* 缓冲区大小*/
#define IN_FILES 3 /* 多路复用输入文件数目*/
#define TIME_DELAY 60 /* 超时值秒数 */
#define MAX(a, b) ((a > b)?(a):(b))
int main(void)
{
int fds[IN_FILES];
char buf[MAX_BUFFER_SIZE];
int i, res, real_read, maxfd;
struct timeval tv;
fd_set inset,tmp_inset;
fds[0] = 0;
/* 创建两个有名管道 */
if (access(FIFO1, F_OK) == -1)
{
if ((mkfifo(FIFO1, 0666) < 0) && (errno != EEXIST))
{
printf("Cannot create fifo filen");
exit(1);
}
}
if (access(FIFO2, F_OK) == -1)
{
if ((mkfifo(FIFO2, 0666) < 0) && (errno != EEXIST))
{
printf("Cannot create fifo filen");
exit(1);
}
}
/* 以只读非阻塞方式打开两个管道文件 */
if((fds[1] = open (FIFO1, O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
{
printf("Open in1 errorn");
return 1;
}
if((fds[2] = open (FIFO2, O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
{
printf("Open in2 errorn");
return 1;
}
/*取出两个文件描述符中的较大者*/
maxfd = MAX(MAX(fds[0], fds[1]), fds[2]);
/*初始化读集合inset，并在读文件描述符集合中加入相应的描述集*/
FD_ZERO(&inset);
for (i = 0; i < IN_FILES; i++)
{
FD_SET(fds[i], &inset);
}
FD_SET(0, &inset);
tv.tv_sec = TIME_DELAY;
tv.tv_usec = 0;
/*循环测试该文件描述符是否准备就绪，并调用select()函数对相关文件描述符做相应操作*/
while(FD_ISSET(fds[0],&inset)
|| FD_ISSET(fds[1],&inset) || FD_ISSET(fds[2], &inset))
{
/* 文件描述符集合的备份， 免得每次进行初始化 */
tmp_inset = inset;
res = select(maxfd + 1, &tmp_inset, NULL, NULL, &tv);
switch(res)
{
case -1:
{
printf("Select errorn");
return 1;
}
break;
case 0: /* Timeout */
{
printf("Time outn");
return 1;
}
break;
default:
{
for (i = 0; i < IN_FILES; i++)
{
if (FD_ISSET(fds[i], &tmp_inset))
{
memset(buf, 0, MAX_BUFFER_SIZE);
real_read = read(fds[i], buf, MAX_BUFFER_SIZE);
if (real_read < 0)
{
if (errno != EAGAIN)
{
return 1;
}
}
else if (!real_read)
{
close(fds[i]);
FD_CLR(fds[i], &inset);
}
else
{
if (i == 0)
{/* 主程序终端控制 */
if ((buf[0] == 'q') || (buf[0] == 'Q'))
{
return 1;
}
}
else
{/* 显示管道输入字符串 */
buf[real_read] = ' ';
printf("%s", buf);
}
}
} /* end of if */
} /* end of for */
}
break;
} /* end of switch */
} /*end of while */
return 0;
}
（3）编译并运行该程序。
（4）另外打开两个虚拟终端，分别键入“cat > in1”和“cat > in2”，接着在该管道中键入相关内容，并观察实验结果。
4．实验结果
实验运行结果与第6章的例子完全相同。
$ ./pipe_select （必须先运行主程序）
SELECT CALL
select call
TEST PROGRAMME
test programme
END
end
q /* 在终端上输入’q’或’Q’立刻结束程序运行 */
$ cat > in1
SELECT CALL
TEST PROGRAMME
END
$ cat > in2
select call
test programme
end
8.7.2 共享内存实验
1．实验目的
通过编写共享内存实验，读者可以进一步了解使用共享内存的具体步骤，同时也进一步加深对共享内存的理解。在本实验中，采用信号量作为同步机制完善两个进程（“生产者”和“消费者”）之间的通信。其功能类似于“消息队列”中的实例，详见8.5.2小节。在实例中使用的与信号量相关的函数，详见8.3.3小节。
2．实验内容
该实现要求利用共享内存实现文件的打开和读写操作。
3．实验步骤
（1）画出流程图。
该实验流程图如图8.10所示。
图8.10 实验8.6.2流程图
（2）编写代码。
下面是共享内存缓冲区的数据结构的定义。
/* shm_com.h */
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define SHM_BUFF_SZ 2048
struct shm_buff
{
int pid;
char buffer[SHM_BUFF_SZ];
};
以下是“生产者”程序部分。
/* sem_com.h 和 sem_com.c 与“信号量”小节示例中的同名程序相同 */
/* producer.c */
#include "shm_com.h"
#include "sem_com.h"
#include <signal.h>
int ignore_signal(void)
{ /* 忽略一些信号，免得非法退出程序 */
signal(SIGINT, SIG_IGN);
signal(SIGSTOP, SIG_IGN);
signal(SIGQUIT, SIG_IGN);
return 0;
}
int main()
{
void *shared_memory = NULL;
struct shm_buff *shm_buff_inst;
char buffer[BUFSIZ];
int shmid, semid;
/* 定义信号量，用于实现访问共享内存的进程之间的互斥*/
ignore_signal(); /* 防止程序非正常退出 */
semid = semget(ftok(".", 'a'), 1, 0666|IPC_CREAT); /* 创建一个信号量*/
init_sem(semid);/* 初始值为1 */
/* 创建共享内存 */
shmid = shmget(ftok(".", 'b'), sizeof(struct shm_buff), 0666|IPC_CREAT);
if (shmid == -1)
{
perror("shmget failed");
del_sem(semid);
exit(1);
}
/* 将共享内存地址映射到当前进程地址空间 */
shared_memory = shmat(shmid, (void*)0, 0);
if (shared_memory == (void*)-1)
{
perror("shmat");
del_sem(semid);
exit(1);
}
printf("Memory attached at %Xn", (int)shared_memory);
/* 获得共享内存的映射地址 */
shm_buff_inst = (struct shared_use_st *)shared_memory;
do
{
sem_p(semid);
printf("Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):");
/* 向共享内存写入数据 */
if (fgets(shm_buff_inst->buffer, SHM_BUFF_SZ, stdin) == NULL)
{
perror("fgets");
sem_v(semid);
break;
}
shm_buff_inst->pid = getpid();
sem_v(semid);
} while(strncmp(shm_buff_inst->buffer, "quit", 4) != 0);
/* 删除信号量 */
del_sem(semid);
/* 删除共享内存到当前进程地址空间中的映射 */
if (shmdt(shared_memory) == 1)
{
perror("shmdt");
exit(1);
}
exit(0);
}
以下是“消费者”程序部分。
/* customer.c */
#include "shm_com.h"
#include "sem_com.h"
int main()
{
void *shared_memory = NULL;
struct shm_buff *shm_buff_inst;
int shmid, semid;
/* 获得信号量 */
semid = semget(ftok(".", 'a'), 1, 0666);
if (semid == -1)
{
perror("Producer is'nt exist");
exit(1);
}
/* 获得共享内存 */
shmid = shmget(ftok(".", 'b'), sizeof(struct shm_buff), 0666|IPC_CREAT);
if (shmid == -1)
{
perror("shmget");
exit(1);
}
/* 将共享内存地址映射到当前进程地址空间 */
shared_memory = shmat(shmid, (void*)0, 0);
if (shared_memory == (void*)-1)
{
perror("shmat");
exit(1);
}
printf("Memory attached at %Xn", (int)shared_memory);
/* 获得共享内存的映射地址 */
shm_buff_inst = (struct shm_buff *)shared_memory;
do
{
sem_p(semid);
printf("Shared memory was written by process %d :%s"
, shm_buff_inst->pid, shm_buff_inst->buffer);
if (strncmp(shm_buff_inst->buffer, "quit", 4) == 0)
{
break;
}
shm_buff_inst->pid = 0;
memset(shm_buff_inst->buffer, 0, SHM_BUFF_SZ);
sem_v(semid);
} while(1);
/* 删除共享内存到当前进程地址空间中的映射 */
if (shmdt(shared_memory) == -1)
{
perror("shmdt");
exit(1);
}
/* 删除共享内存 */
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)
{
perror("shmctl(IPC_RMID)");
exit(1);
}
exit(0);
}
4．实验结果
$./producer
Memory attached at B7F90000
Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):First message
Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):Second message
Enter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):quit
$./customer
Memory attached at B7FAF000
Shared memory was written by process 3815 :First message
Shared memory was written by process 3815 :Second message
Shared memory was written by process 3815 :quit
