一、实验目的
1、了解什么是管道
2、熟悉UNIX/LINUX支持的管道通信方式
3、了解什么是消息
4、熟悉消息传送的机理
二、实验内容
1.编写程序实现进程的管道通信。用系统调用pipe( )建立一管道，二个子进程P1和P2分别向管道各写一句话：
Child 1 is sending a message!
Child 2 is sending a message!
父进程从管道中读出二个来自子进程的信息并显示。
2.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、实验代码及注释
（一）进程的管道通信实验
1、pipe( )
建立一无名管道。
系统调用格式
pipe(filedes)参数定义
int pipe(filedes);
int filedes[2];其中，filedes[1]是写入端，filedes[0]是读出端。
该函数使用头文件如下：
#include <unistd.h>
#inlcude <signal.h>
#include <stdio.h>2、read( )
系统调用格式
read(fd,buf,nbyte)功能：从fd所指示的文件中读出nbyte个字节的数据，并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。如该文件被加锁，等待，直到锁打开为止。
参数定义
int read(fd,buf,nbyte);
int fd;
char *buf;
unsigned nbyte;3、write( )
系统调用格式
write(fd,buf,nbyte)功能：把nbyte 个字节的数据，从buf所指向的缓冲区写到由fd所指向的文件中。如文件加锁，暂停写入，直至开锁。
参数定义同read( )。
参考程序
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
int pid1,pid2;
main( )
{
int fd[2];
char outpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd); /*创建一个管道*/
while ((pid1=fork( ))= =-1);
if(pid1= =0)
{
lockf(fd[1],1,0);
sprintf(outpipe,"child 1 process is sending 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(5); /*自我阻塞5秒*/
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{
while((pid2=fork( ))= =-1);
if(pid2= =0)
{ lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/
sprintf(outpipe,"child 2 process is sending message!");
write(fd[1],outpipe,50);
sleep(5);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{ 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);
}
}
}（二）消息的发送与接收实验
1. msgget( )
获得一个消息的描述符，该描述符指定一个消息队列以便用于其他系统调用。如果希望创建一个新的消息队列，或者希望存取一个已经存在的消息队列，你可以使用系统调用msgget()。
该函数使用头文件如下：
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>（msgget()、msgsnd()、msgrcv ()、msgctl()所用头文件相同）
原型：int msgget (key-t key, int msgflag)
返回值：如果成功，返回消息队列标识符，如果失败，则返回-1。
其中key是类似一个长整型，可由用户设定也可通过ftok()获得。msgflg的值是八进制的消息队列操作权和控制命令的组合。附：
| 操作允许权 |
八进制整数 |
| 用户可读 |
0400 |
| 用户可写 |
0200 |
| 同组可读 |
0040 |
| 同组可写 |
0020 |
| 其它可读 |
0004 |
| 其它可写 |
0002 |
操作权可相加而派生，如用户“可读”、“可写” 的 权 限 为0400|0200=0600。
控制命令可取IPC_CREAT或IPC_EXCL。IPC_CREAT如果内核中没有此队列，则创建它。IPC_EXCL当和IPC_CREAT一起使用时，如果队列已经存在，则失败。
如果单独使用IPC_CREAT，则msgget()要么返回一个新创建的消息队列的标识符，要么返回具有相同关键字值的队列的标识符。如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一起使用，则msgget()要么创建一个新的消息队列，要么如果队列已经存在则返回一个失败值-1。IPC_EXCL单独使用是没有用处的。
如果要创建一个key=888且属主和同组可读写的消息队列，执行以下系统调用msgget(888,0660|IPC_CREAT)。下面看一个打开和创建一个消息队列的例子：
int open_queue(key_t keyval){
int qid;
if((qid=msgget(keyval,IPC_CREAT|0660))= =-1){
return(-1);
}
return(qid);
}2. msgsnd（）
发送一消息。向指定的消息队列发送一个消息，并将该消息链接到该消息队列的尾部。
系统调用格式：
msgsnd(msgqid,msgp,size,flag)该函数使用头文件如下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>参数定义：
int msgsnd(msgqid,msgp,size,flag)
int msgqid,size,flag;
struct msgbuf * msgp;其中msgqid是返回消息队列的描述符；msgp是指向用户消息缓冲区的一个结构体指针。缓冲区中包括消息类型和消息正文，即
{
long mtype; /*消息类型*/
char mtext[ ]; /*消息的文本*/
}size指示由msgp指向的数据结构中字符数组的长度；即消息的长度。这个数组的最大值由MSG-MAX( )系统可调用参数来确定。flag规定当核心用尽内部缓冲空间时应执行的动作:进程是等待，还是立即返回。若在标志flag中未设置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 <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>参数定义：
int msgrcv(msgqid,msgp,size,type,flag)
int msgqid,size,flag;
struct msgbuf *msgp;
long type;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 <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>参数定义：
int msgctl(msgqid,cmd,buf);
int msgqid,cmd;
struct msgqid_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：
struct msgqid_ds
{ struct ipc_perm msg_perm; /*许可权结构*/
short pad1[7]; /*由系统使用*/
ushort msg_qnum; /*队列上消息数*/
ushort msg_qbytes; /*队列上最大字节数*/
ushort msg_lspid; /*最后发送消息的PID*/
ushort msg_lrpid; /*最后接收消息的PID*/
time_t msg_stime; /*最后发送消息的时间*/
time_t msg_rtime; /*最后接收消息的时间*/
time_t msg_ctime; /*最后更改时间*/
};
struct ipc_perm
{ ushort uid; /*当前用户*/
ushort gid; /*当前进程组*/
ushort cuid; /*创建用户*/
ushort cgid; /*创建进程组*/
ushort mode; /*存取许可权*/
{ short pid1; long pad2;} /*由系统使用*/
}参考程序
1、client.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#define MSGKEY 75
struct msgform
{ long mtype;
char mtext[1000];
}msg;
int msgqid;
void client()
{
int i;
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 <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#define MSGKEY 75
struct msgform
{ long mtype;
char mtext[1000];
}msg;
int msgqid;
void server( )
{
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、运行结果截图
五、调试和运行程序过程中产生的问题及采取的措施
问题：文件名创建不正确，路径使用错误。
措施：请教老师，在同学的讨论下完成。