操作系统实验三题目四

题目四

题目内容-共享内存通信

  • 编写程序 sender，它创建一个共享内存，然后随机产生一个100以内的计算表达式（例如12+34），并将这串表达式字符串通过共享内存发送给 receiver；最后，receiver完成表达式运算后，将计算结果(36)写到共享内存 ，sender收到应答消息后，将接收到的计算结果显示在终端屏幕上。上述计算重复10次后，sender向receiver发送”end”，等待receiver发送”over”信息后，删除共享内存，结束程序的运行。
  • 编写程序receiver， 它通过共享内存接收来自 sender 产生的信息，如果该信息是计算表达式，则将表达式显示在终端屏幕上，然后计算表达式的结果，再通过该共享内存向sender 发送计算结果，等待接收下一个消息；如果该信息是”end”，则向 sender 发送一个应答消息”over”，并结束程序的运行。选择合适的信号量机制实现两个进程对共享内存的互斥及同步使用。

C代码

sender.c

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#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<semaphore.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>

void input(char* msg);

int main(){
	char msg[256];//用来存放消息
  	
	int shmid=shmget(8084,256,IPC_CREAT | 0666); 
	// shmeget() 函数申请一块共享内存，
  	// 第一个参数是共享内存标识符，第二个参数是共享内存的大小，第三个参数是给予创建和读写权限
  	// 函数申请成功返回共享内存的ID号，失败返回-1
	if(shmid <0){
	    printf("failed\n");
	    exit(0);
      	// 失败退出程序
	 }

	char* shmptr=shmat(shmid,0,0); 
  	//	将共享内存映射到该进程地址,返回起始指针
  	
  	sem_t* share_memory =sem_open("shm",O_CREAT,0666,1);
  	//	sem_open() 用来创建互斥量，
  	//第一个参数是该互斥量标识符，第二个参数代表若没有则创建，第三个参数赋予读写权限，第四个参数是初始值
  	//	创建共享内存的互斥量并赋予初始值1，代表共享内存并未被使用，0代表共享内存在被占用
  
	sem_t* s_send=sem_open("s_send",O_CREAT,0666,0);
  	//  创建发送者的互斥量，用来标明谁发送了消息，0代表sender未发送消息，1代表sender发送了一条消息
	sem_t* r_send=sem_open("r_send",O_CREAT,0666,0);
  	//	创建接收者的互斥量，0代表receiver未发送消息，1代表receiver发送了一条消息
  	//	s_send 和 r_send 用于实现两个进程的同步

	int i;
	for(i=1;i<=11;i++){
	    
		if(i<11)
	  	    input(msg);	//input函数用来随机生成算数表达式
		else
		    strcpy(msg,"end\n"); //最后一条消息发送end
		sem_wait(share_memory);	// P操作，申请共享内存互斥量
		strcpy(shmptr,msg); //	将消息拷贝到共享内存中
		sem_post(share_memory); // V操作, 释放共享内存互斥量
		sem_post(s_send); //V操作，释放s_send，代表sender已经发送了一条消息
		printf("\nsender to receiver %s \n",msg); //打印该消息

		sem_wait(r_send); // P操作，等待receiver回应
		sem_wait(share_memory);	// P操作，申请共享内存互斥量
		strcpy(msg,shmptr); // 取出消息放到msg中
		sem_post(share_memory); // V操作, 释放共享内存互斥量
		printf("send has received %s\n",msg); // 打印该消息
	}
	
	shmdt(shmptr);	// 将该映射地址删除
	shmctl(shmid,IPC_RMID,0); // 获得共享内存的控制权，释放共享内存
	sem_close(share_memory); // 关闭互斥量
	sem_close(s_send); // 关闭互斥量
	sem_close(r_send); // 关闭互斥量
	return 0;
}

void input(char* msg){
          
	  int a=rand()%100;
	  int b=rand()%100;
	  sprintf(msg,"%d+%d\n",a,b); // 打印到msg中

}

receiver.c

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#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<semaphore.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/shm.h>


int main(){
	char msg[256];
	int shmid=shmget(8084,256,IPC_CREAT |0666);

	if(shmid <0){
	    printf("failed\n");
	    exit(0);
	 }

	char* shmptr=shmat(shmid,0,0);
	sem_t* share_memory =sem_open("shm",O_CREAT,0666,1);
	sem_t* s_send=sem_open("s_send",O_CREAT,0666,0);
	sem_t* r_send=sem_open("r_send",O_CREAT,0666,0);

 	// 前面代码与serder.c相同不再赘述
	int i;
	for(i=1;i<=11;i++){

		sem_wait(s_send); // P操作，等待sender发送消息
		sem_wait(share_memory); // P操作，申请共享内存互斥量
		strcpy(msg,shmptr); // 将消息取出，放到msg中
		printf("\nreceiver has received %s\n",msg); // 打印该消息
		
		if(i<11){
		    int a,b;
		    sscanf(msg,"%d+%d",&a,&b); // 取出两个整数a,b
		    sprintf(msg,"%d\n",a+b); // 计算结果，放到msg中
		}
		else
		    strcpy(msg,"over\n"); // 最后一条消息发送over

		strcpy(shmptr,msg); // 发送消息到共享内存中
		printf("receiver to sender %s\n",msg); // 打印该消息
		sem_post(share_memory); // 释放共享内存互斥量
		sem_post(r_send); // 释放r_send，表明receiver已经回应了一条消息
	}
	shmdt(shmptr); // 删除映射地址
	
	return 0;
}

编译

Makefile文件

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all : sender receiver
.PHONY : clean
sender : sender.o
         cc -pthread -o sender sender.o
receiver : receiver.o
         cc -pthread -o receiver receiver.o
 clean : 
         rm  receiver
         rm  sender 
         rm  *.o

全部完成后输入命令

  • make（重新编译输入make即可）
  • ./receiver
  • ./sender（另起一个终端）

实验结果

author: YaoGuangMing 2022-HDU

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