3.1实验目的
Linux系统的进程通信机构 (IPC) 允许在任意进程间大批量地交换数据。本实验的目的是使学生理解和熟悉Linux支持的消息通讯机制及管道通信机制的基本原理；理解进程对资源的竞争，掌握解决进程互斥的方法。
3.2 背景知识
阅读Linux系统的msg.c、sem.c和shm.c等源码文件，熟悉Linux的通信机制。
3.3 实验内容
（1）编程实现进程的消息通信：消息的创建，发送和接收。
①使用系统调用msgget (), msgsnd (), msgrcv (), 及msgctl () 等编制一长度为1k的消息的发送和接收程序。
②观察程序，说明控制消息队列系统调用msgctl () 在此起什么作用？
（2）编程实现进程的管道通信。
使用系统调用pipe()建立一条管道，两个子进程p1和P2分别向管道各写一句话，而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息并显示在屏幕上。
①观察程序中的sleep(1)起什么作用？
②子进程1和2为什么也能对管道进行操作？
（3）比较上述（1），（2）两种通信机制的不同特点。
3.4 参考程序
3.4.1 进程消息通信
使用系统调用msgget( ), msgsnd( ), msgrcv( )及msgctl()编制一长度为1K的消息发送和接收的程序 。
〈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的消息队列，等待其他进程发来的消息。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端使用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。最后的一个消息，既是 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）父进程在 SERVER和 CLIENT均退出后结束。
参考程序：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#define MSGKEY 75 /*定义关键词MEGKEY*/
struct msgform /*消息结构*/
{
long mtype;
char mtxt[1030]; /*文本长度*/
}msg;
int msgqid,i;
void CLIENT( )
{
int i;
msgqid=msgget(MSGKEY,0777);
for(i=10;i>=1;i--)
{
msg.mtype=i;
printf("(client)sent\n");
msgsnd(msgqid,&msg,1024,0); /*发送消息msg入msgid消息队列*/
}
exit(0);
}
void SERVER( )
{
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /*由关键字获得消息队列*/
do
{
msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /*从队列msgid接受消息msg*/
printf("(server)receive\n");
}while(msg.mtype!=1); /*消息类型为1时，释放队列*/
msgctl(msgqid, IPC_RMID,0);
exit(0);
}
main()
{
if(fork()) SERVER();
else CLIENT( );
wait(0);
wait(0);
}
<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
<分析>
message的传送和控制并不保证完全同步,当一个程序不再激活状态的时候,它完全可能继续睡眠,造成上面现象,在多次send message 后才 receive message.这一点有助于理解消息转送的实现机理。
消息通信的特点：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。消息的传递,自身就带有同步的控制.当等到消息的时候,进程进入睡眠状态,不再消耗CPU资源。
3.4.2 进程的管道通信
编制一段程序，实现进程的管道通信。使用系统调用pipe()建立一条管道先。两个子进程p1和分别向管道各写一句话：
Child 1 process is sending a message!
Child 2 process is sending a message!
而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息并显示在屏幕上。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
Int pid1,pid2;
Main()
{
Int fd[3];
Char outpipe[100],inpipe[100];
Pipe(fd); /*创建一个管道*/
While ((pid1=fork())= =-1);
If (pid1= =0)
{
Printf”p1\n”);
Lockf(fd[1],1,0);
Sprintf(outpipe,”child 1 process is sending a message!”);
/*把串放入数组outpipe中*/
Write(fd[1],outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/
Sleep(1); /*自我阻塞1秒*/
Lockf(fd[1],0,0);
Exit(0);
}
Else
{
While ((pid2=fork())= =-1);
If (pid2= =0)
{
Printf(“p2\n”);
Lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/
Sprintf(outpipe,”child 2 process is sending a message!”);
Write(fd[1],outpipe,50);
Sleep(1);
Lockf(fd[1],0,0);
Exit(0);
}
Else
{
Printf(“parent\n”);
Wait(0); /*同步*/
Read(fd[0],inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/
Printf(“%s\n”,inpipe);
Wait(0);
Read(fd[0],inpipe,50);
Printf(“%s\n”,inpipe);
Exit(0);
}
}
}
运行结果：
child 1 process is sending a message!
child 2 process is sending a message!
相关知识：
（1）无名管道(pipe)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
（2）有名管道（named pipe)：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
（3）管道通信的特点：管道只能承载无格式字节流。
（4）观察程序中的sleep(1)起什么作用？
答：延长子进程占用管道的时间，并没有让子进程1先输出而子进程2后输出的作用。
（5）子进程1和2为什么也能对管道进行操作？
答：因为该pipe管道属于无名管道，调用pipe()的父进程及其子孙进程均能识别此文件描述符，能利用该文件（管道）进行通信。
