操作系统进程通信共享内存课程设计报告书

1、. . . . 城建学院操作系统课程设计说明书设计题目： 进程通信 专 业： 计算机科学与技术 指导教师： 邵国金、郭猛、薛冰 班 级：学 号：姓 名：同 组 人：计算机科学与工程系2013年1 月 10 日前 言本设计是基于课程中学到的UNIX系统调用，使用操作系统环境是Red Hat Linux 9，言语开发环境是Linux的GNU C或C+。Linux操作系统是一个向用户开放源码的免费的类UNIX操作系统。它为在校学生学习操作系统课程提供了一个看得见摸得着的例。对于学生正确理解,掌握操作系统的基本知识具有重要意义。鉴于此,本操作系统课程涉与的实验均在Linux环境下进行。这就要求大家：(

2、1)熟悉Linux的操作和开发环境;(2)具有C语言知识(Linux操作系统大约90%的源码是用C语言编写)。我们的设计和实验将在Windows xp环境下，基于虚拟机软件VMWare软件进行安装。学习计算机软件技术，特别是计算机操作系统技术，除了需要刻苦努力外，还需要掌握软件和操作系统的原理与设计技巧。如何学习和掌握操作系统技术的原理与实际技巧呢?除了听课和读书之外，最好的方法恐怕就是在实践中练习。例如，自己设计一个小型操作系统，多使用操作系统，多阅读和分析操作源代码等。但由于我们的条件和学时有限，在理论学习过程中没有给同学们提供更多的实验机会。基于共享存的进程通信，通过在两个进程间创建一块

3、共享存，将共享存块分为两部分，标示位和数据域。通过实践让我们了解了什么是共享存通信机制，实现了程序进程间的通信。积极通过合作，完成任务。目录一、系统开发环境- 4 -二、设计目的- 5 -三、设计题目与要求- 6 -四、总体设计- 7 -1、服务器功能- 7 -2、客户端功能- 7 -3、文件读取功能- 8 -4、界面显示函数- 8 -5、组成框图：- 9 -6.共享存分配- 9 -7.总体流程图- 10 -五、详细设计- 11 -1.主函数- 11 -2.菜单显示- 11 -3.服务器端：- 12 -4.客户端程序：- 14 -5、部分函数介绍- 15 -六、调试与测试- 17 -七、执行结

4、果与分析- 18 -八、源程序清单- 20 -九、心得体会- 25 -十、参考文献- 26 -一、系统开发环境Windows Xp系统、虚拟机上运行的Red Hat Linux 9系统运行环境。二、设计目的1、进一步了解什么是进程，以与创建进程的方式。2、实现UNIX/LINUX系统环境下的进程通信方式。3、熟练掌握C/S中的共享存通信机制。4、开辟一个共享区，实现进程共享资源，互相通信。三、设计题目与要求利用UNIX系统提供的进程通信机制实现通信以与共享存区的实现(1) 共享存储区的创建，附接和断接使用系统调用shmget()，shmat()，msgdt()，shmctl()，编制一长度为1

5、K的消息发送和接收的程序。1）为了便于操作和观察结果，用一个程序作为“引子”，先后fork()两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。SERVER和CLIENT也可分别为2个各自独立的程序。2）SERVER端建立一个Key为375的共享区，并将第一个字节置为-1，作为数据空的标志，等待其他进程发来的消息。当该字节的值发生变化时，表示收到了信息，并进行处理。然后再次把它的值设为-1。如果遇到的值为0，则视为结束信号，取消该队列，并退出SERVER。SERVER每接收到一次数据后显示“(server)received”。3）CLIENT端建立一个Key为375的共享区，当共享取得第一个字

6、节为-1时，SERVER端空闲，可发送请求。CLIENT随即填入9到0。期间等待Server端的再次空闲。进行完这些操作后，CLIENT退出。CLIENT每发送一次数据后显示“(client)sent”。4）父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。（2）功能扩展：在sever端创建一个服务函数，从而形成C/S通讯模式要求SERVER每接收到一次数据后不仅仅显示“(server)received”，而是做一些其它事情，比如读取或查询某个文件等。此功能可由设计者自己定义。四、总体设计1.服务器功能服务器共有四块共享存,分别用addr1，addr2，addr3，addr4接收，其中addr1

7、为整形指针，addr1，addr2，addr3为结构体型指针，结构体的定义如下：Typedef strcut addressInt mark; Char ch20;address;其中的mark成员用来作为标记为标示共享存块的状态，-1表示该存块空闲，服务端可以发送服务请求，1,2,3这分别表示服务器正在处理不同的服务请求，客户端需等待。而字符数组成员ch则用来将各个客户端的文件中的数据放入对应的共享存块中，与服务器交换数据。而存块之所以既能实现客户端与服务器的通信，又能相互之间交换数据，在于shmat函数的返回值为void*，可以将其转化为任意类型的指针变量，该函数调用如下：Addr1=（a

8、ddress*）shmat(shmid1,1024,0);Addr2=（address*）shmat(shmid2,1024,0);Addr3=（address*）shmat(shmid31024,0);该四块共享存分别用于实现接受各个客户端的服务请求，处理客户端1，客户端2，客户端3的服务请求。各个共享存模块的处理方法基本一致，即服务器处理完客户端的请求，将addr置为-1，即表示自己已空闲，可以接受服务请求；客户端发出服务请求后，等待服务器处理，一旦服务得到相应，将addr置为1或2或3。2.客户端功能可具体分成3个客户端，每个客户端均包含两块共享存，第一块用于发送请求，其键值为各个客户端

9、所知，第二块用于与服务器交互阶段的数据传递，其键值仅有本客户端与服务器知道。每块共享存一包含两部分：1用于表示共享存块的状态的addr1->mark，2用于保存本客户端数据信息的数据域。其所在的进程完成自己的请求后，调用exit（0）退出本进程。其分配共享存块的系统的调用函数为：Shmid1=shmget（SHMKEY,1024，0777|IPC_CREAT）;Shmid2=shmget（SHMKEY,1024，0777|IPC_CREAT）;Shmid3=shmget（SHMKEY,1024，0777|IPC_CREAT）;至于存共享的实现方式，与服务器一样。3.文件读取功能 每个客户

10、端均设置此功能，例如购买手机卡时，客户端1需检索自己的文件中是否存在该，如果已存在，则提示客户改已注册，需重新选择。该功能模块涉与到：1读文件2查找对于读文件，首先需打开文件，该函数定义一个文件型指针fp，赋值操作为：Fp=fopen（“Info.txt”,”rw+”）;打开文件成功后，利用fgetc（）函数从文件中一个一个字符的读取，当遇到n时，说明一个已经读取完毕。其函数使用如下：C=fgetc();While(!feof(fp)If(c=n)Numberi=0;I=-1;ElseNumberi=c;C=fgetc();+I;对于本系统的检索功能，因为文件的读取操作较慢，很有可能使客户端进

11、程阻塞，故设置一个cellnumber（）函数，使其预先将本文件中的所有全部读出，放入一个字符型二维数组中，这样当服务器需检索文件中时，直接从该二维数组中检索即可，大大提高了检索速度。检索所采用的方法是顺序查找法，可以达到预定的速度要求。4.界面显示函数 即系统中的display（）函数，其包含四个功能选项：1：购买手机卡；2：手机充值；3；办理网银；4:；退出本系统前三项功能每一项对应一个客户进程，具体哪项进程由choice变量控制。5.组成框图： 总体服务 3个客户端 display() cellnumber() 服务器端6.共享存分配 共享存区-1 由SERVER端开辟一块用来与各个客户

12、端通信的共享存区 共享存区-1 客户1与服务器端共享存区。 共享存区-1客户2与服务器端共享存区共享存区-1 客户3与服务器端共享存区。7.总体流程图开始i=0i=fork()Cellnumber文件信息 Y Ni=fork()Serverr服务器i=0 Y NClient()Client(1)Chioice=Client(2) YClient(3) N结束 总体流程图1五、详细设计1.主函数int main()int choice,i; char ch520; display(); do printf("请选择一项功能项:n"); scanf("%d"

13、,&choice); fflush(stdin); while(choice!=1&&choice!=2&&choice!=3&&choice!=4) printf("输入有误,请重新输入: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.菜单显示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.购买手机卡: |n");if(i=6) printf("| 2.手机充值: |n");if(i=9) printf("| 3.办理网银: |n");if(i=12) printf("| 4.退出本系统: |n")

15、;elseprintf("| |n");printf("-n");3.服务器端：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("文件未能打开!n"); return ; shmid1=shmget(CLIENTONE,1024,0777|IPC_CREAT);addr1=shmat(shmid1,0,0);printf("请输入您喜欢的手机：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("已经占用，请重新选择一个:n"); return ; else numberi=c; c=fgetc(fp); +i; printf("手机已选定，请缴费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("请输入您的手机：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("请输入您的号：n");addr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=1)printf("请输入您的手机:n");addr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=2)printf("办理完成，祝您愉快！n"

20、;);shmctl(shmid3,IPC_RMID,0);shmctl(shmid,IPC_RMID,0);4.客户端程序：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("已缴费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.部分函数介绍1.int fork()创建一个新进程。用法：int fork()其中返回int取值意义如下:0：创建子进程,从子进程返回的id值>0：从父进程返回的子进程id值-1：创建失败2.int shmget(key,size,shmflg|IPC_CREAT)头文件： #include<sys/shm.h> #include<sys/ipc.h>参数定义：key：为申请共享存的标示符；size：为申请共享存的大小；shmflg:用户设置的标识或访问方式，与消息缓冲shmget中的含义一样，这实

24、验中可以使用0777|IPC_CREAT，表示任意进程可读可写。IPC_CREAT:当shmflg&IPC_CREAT为真时，如果核中不存在键值与key相等的共性存，则新建一个共享存；如果存在这样的共享存，返回此共享存的标识符。利用此系统调用在存中开辟一块共享区。用法： int shmget()返回值为开辟出来共享存的标号。3.void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg)头文件： #include<sys/shm.h> #include<sys/types.h>参数定义：shmid:表示申请共享存空间

25、的标示符。shmaddr：指定共享存出现在进程存地址什么位置，直接指定为NULL让核自己决定一个合适的位置shmflg:SHM_RDONLY为只读模式，其他为读写模式。返回值为共享存的首地址。4.int shmctl(int shmid,int cmd,strucr shmid_ds *buf)头文件： #include<sys/types.h> #include<sys/shm.h>参数定义：Shmid:共享存标识符。该系统使用了存共享机制来实现进程之间的通信与数据传递，其包含四个大的功能模块：1：服务器功能，即server函数；2：客户端功能，即client函数；3

26、：读取各个客户端文件功能，即cellnumber函数4：界面显示函数，即display函数下面是每个功能模块的具体分析过程：六、调试与测试任务一编译方法： 编译：cc liulong.c执行：./a.out任务二编译方法是：编译：cc o endend endend.c执行./endend运行时，根据选择不同的功能选项来启动不同客户端，而server端作为服务器仍将继续运行，你再次启动client来请求服务。七、执行结果与分析当选这功能项1时，客户1与服务器建立共享区来建立通信，这里用到了和文件相关联，在当前目录下有一个文件，文件中有五条记录，当客户选择自己的是如果输入的和文件中五条记录中的一

27、项一样就会弹出“手机已存在，请重新选择！”这句话也就是说该已被别人注册并使用，提示用户重新选择自己的。通过编译后进入该程序，如果输入的不是当前功能项提供的几个选项会弹出来错误提示，提示用户重新输入想要选择的功能项，这里用到了fflush(stdin)这个函数，当输入有误时会清除掉缓冲区中的数据以便于用户再次输入。当选择功能项2时，这是一个为用户充值的服务，选中该功能项时客户端2会和服务器建立基于共享存的通信，这是用户可以输入自己的，这里也可以关联到文件，可以在当前目录下创建一个文件，其中记录了用户的和对应的余额，根据这个来为用户提供要充值的服务。当选择功能项3时，这是一个为用户办理网银的服务，

28、该功能也可以和文件相关联，在当前目录下建立一个文件其中记录了用户的、号，根据用户输入共享区的数据，把共享区中的数据取出和文件中已存在的数据作比较，可以得到是否该用户已存在进而来为用户提供办理网银的服务。当各项功能服务都不需要时，可以选择退出本系统，选择功能项4时自动退出本服务系统。八、源程序清单#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("文件未能打开!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("请输入您喜欢的手机：n");addr1->makr=-1;while(addr1->makr=-1);if(addr1->makr=1) for(i=0;i<5;+i)if(strcmp(phonenumberi,addr1->ch)printf("手机已存在，请重新选择！n");return ;p

32、rintf("手机已选定，请缴费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("请输入您的手机：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("请输入您的号：n");ad

34、dr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=1)printf("请输入您的手机:n");addr3->makr=-1;while(addr3->makr=-1);if(addr3->makr=2)printf("办理完成，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;已缴费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.购买手机卡: |n");if(i=6) printf("| 2.手机充值: |n");if(i=9) printf("| 3.办理网银: |n");if(i=12) printf("