操作系统实验——进程通信（共享存储区通信）实验

一、实验目的：

了解和熟悉共享存储机制

• 实验内容：

编制一长度为 1k 的共享存储区发送和接收的程序。

三、实验步骤及结果：

//把实验运行过程和相关代码，或者实验结果等截图拷贝过来

1、了解共享存储区的机制

共享存储区（Share Memory）是 UNIX 系统中通信速度最高的一种通信机制。该机制可使若干进程共享主存中的某一个区域，且使该区域出现（映射）在多个进程的虚地址空间中；每个共享存储区都有自己的名字。

如图所示：

进程 A 将建立的共享存储区附接到自己的 AA’区域，进程 B 将它附接到BB’区域。

【注意：使用共享存储区机制时，必须自己设置同步和互斥措施才能保证实现正确的通信】

2、使用gedit命令创建文件存放使用共享存储区的代码

3、利用gcc命令编译程序，检查代码是否错误

修改方式：修改标点符号；添加头文件

【对应wait函数与fork函数】

【编译通过】

4、了解与共享存储区机制有关的系统调用

其中：

key 是共享存储区的名字；

size 是其大小（以字节计）；

flag 是用户设置的标志，如 IPC_CREAT。IPC_CREAT 表示若系统中尚无指名的共享存储区，则由核心建立一个共享存储区；若系统中已有共享存储区，便忽略 IPC_CREAT。

其中：

shmid 是共享存储区的标识符；

addr 是用户给定的，将共享存储区附接到进程的虚地址空间；

flag 其值为 SHM_RDONLY 时，表示只能读；其值为 0 时，表示可读、可写；

该系统调用的返回值是共享存储区所附接到的进程虚地址viraddr。

其中：addr是要断开连接的虚地址，亦即以前由连接的系统调用 shmat( )所返回的虚地址

其中：

buf 是用户缓冲区地址；

cmd 是操作命令。命令可分为多种类型：

（1）用于查询有关共享存储区的情况。如其长度、当前连接的进程数、共享区的创建者标识符等；

（2）用于设置或改变共享存储区的属性。如共享存储区的许可权、当前连接的进程计数等；

（3）对共享存储区的加锁和解锁命令；

（4）删除共享存储区标识符等。

5、执行程序并分析运行结果

实验现象：

在运行过程中：每当 client 发送一次数据后，server 要等待大约 0.1 秒才有响应。同样，之后 client 又需要等待大约 0.1 秒才发送下一个数据。

分析：

出现上述应答延迟的现象是程序设计的问题。

当 client 端发送了数据后，并没有任何措施通知 server 端数据已经发出，需要由 client 的查询才能感知。此时，client 端并没有放弃系统的控制权，仍然占用 CPU 的时间片。

只有当系统进行调度时，切换到了 server 进程，再进行应答。这个问题，也同样存在于 server 端到 client 的应答过程中。

【程序每执行一次，shmid的值加1】

• 实验作业（思考题）：

1、比较两种通信机制（消息队列机制与共享区机制）中数据传输的时间和性能

由于两种机制实现的机理和用处都不一样，难以直接进行时间上的比较。如果比较其性能，应更加全面的分析。

（1）消息队列的建立比共享区的设立消耗的资源少。前者只是一个软件上设定的问题，后者需要对硬件的操作，实现内存的映像，当然控制起来比前者复杂。如果每次都重新进行队列或共享的建立，共享区的设立没有什么优势。

（2）当消息队列和共享区建立好后，共享区的数据传输，受到了系统硬件的支持，不耗费多余的资源；而消息传递，由软件进行控制和实现，需要消耗一定的 cpu 的资源。从这个意义上讲，共享区更适合频繁和大量的数据传输。

（3）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。而共享队列如果不借助其他机制进行同步，接收数据的一方必须进行不断的查询，白白浪费了大量的 cpu 资源。可见，消息方式的使用更加灵活。

• 实验心得和体会：

共享区机制更适用于频繁和大量的数据传输，实现共享区机制的关键同样在于灵活调用涉及到的函数，完成信息的发送与接收。