操作系统实验三之进程间共享内存

一、题目

　　使用fork()编写一个c语言程序。它在子进程中生成Fibonacci数列，数列号码在命令行中提供。例如，如果提供的是5，Fibonacci数列中的前5个数将由子进程产生。在子进程生成数列之后，该数列由父进程输出。使用共享内存实现。该题目原题如下：

二、学习基本知识

1. linux下的错误捕获
linux下错误的捕获：errno和strerror
errno是一个全局变量，包含在头文件#include

#include 
#include 
#include  
int main(void)
{
int   fd;
extern int errno;
if((fd =open("/dev/dsp",O_WRONLY)) < 0)
{
   printf("errno=%d\n",errno); 
}

exit(0);
}

如果dsp设备忙的话errno值将是16.

strerror用于解释errno.用法如下：

#include 
#include 
#include  
int main(void)
{
int   fd;
extern int errno;
if((fd =open("/dev/dsp",O_WRONLY)) < 0)
{
   printf("errno=%d\n",errno); 
char * mesg = strerror(errno);
   printf("Mesg:%s\n",mesg); 
}

exit(0);
}

dsp设备忙的话将输出如下：
errno=16
Mesg:Device or resource busy

更多：http://blog.csdn.net/starstar1992/article/details/52756387

2. shmget, shmat, shmdt, shmctl

int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
/*
创建或打开共享存储区
key: 标识符的规则
size:共享存储段的字节数
flag:读写的权限
返回值：成功返回共享存储的id，失败返回-1
*/


void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag);
/*
连接共享存储区
shmid：共享存储的id
addr：一般为0，表示连接到由内核选择的第一个可用地址上，否则，如果flag没有指定SHM_RND，则连接到addr所指定的地址上，如果flag为SHM_RND，则地址取整
flag：如前所述，一般为0
返回值：如果成功，返回共享存储段地址，出错返回-1
*/


int shmdt(void *addr);
/*
拆除共享存储区连接
addr:共享存储段的地址，以前调用shmat时的返回值
当一个进程不再需要共享内存段时，它将调用shmdt()系统调用取消这个段，但是，这并不是从内核真正地删除这个段，而是把相关shmid_ds结构的shm_nattch域的值减1，当这个值为0时，内核才从物理上删除这个共享段
*/


int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf)
/*
共享存储区控制
shmid:共享存储段的id
cmd：一些命令
    IPC_STAT 得到共享内存的状态
    IPC_SET 改变共享内存的状态
    IPC_RMID 删除共享内存 
IPC_RMID 命令实际上不从内核删除一个段，而是仅仅把这个段标记为删除，实际的删除发生在最后一个进程离开这个共享段时。 

请注意，共享内存不会随着程序结束而自动消除，要么调用shmctl删除，要么自己用手敲命令去删除，否则永远留在系统中。
*/

更多：http://lobert.iteye.com/blog/1746041

3. int main(int argc,char* argv[])详解

argc是命令行总的参数个数 ,记录用户输入的参数个数。

argv[]为保存命令行参数的字符串指针，其中第0个参数是程序的全名，以后的参数为命令行后面跟的用户输入的参数，argv参数是字符串指针数组，其各元素值为命令行中各字符串(参数均按字符串处理)的首地址。 指针数组的长度即为参数个数argc。数组元素初值由系统自动赋予。比如：

int main(int argc, char* argv[])  
{  
int i;  
for(i = 0; icout<cin>>i;
return   0;
}  

执行时敲入

F:\MYDOCU~1\TEMPCODE\D1\DEBUG\D1.EXE aaaa bbb ccc ddd
输出如下：

F:\MYDOCU~1\TEMPCODE\D1\DEBUG\D1.EXE
aaaa
bbb
ccc
ddd
更多：http://www.cnblogs.com/clumsy1006/archive/2013/10/11/3362658.html
4. assert的用法
assert宏的原型定义在assert.h中， 其作用是如果它的条件返回错误，则终止程序执行，原型定义：

#include <assert.h>
void assert( int expression );

常用在函数开始处检验传入参数的合法性，如：

int resetBufferSize(int nNewSize)
{
　　//功能:改变缓冲区大小,
　　//参数:nNewSize 缓冲区新长度
　　//返回值:缓冲区当前长度 
　　//说明:保持原信息内容不变     nNewSize<=0表示清除缓冲区
　　assert(nNewSize >= 0);
　　assert(nNewSize <= MAX_BUFFER_SIZE);
　　...
}

更多：http://www.cnblogs.com/ggzss/archive/2011/08/18/2145017.html

三、代码实现

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
//#include 

#define MAX_SEQUENCE 10
#define PERM S_IRUSR | S_IWUSR//使当前用户可以读写这个区域
typedef struct{
    int fib_sequence[MAX_SEQUENCE];
    int sequence_size;
}share_data;

void Fibonacci(int n, int *Fibo){//获得斐波那契数列
    //assert(n >= 10);
    if(n == 0){
        Fibo[0] = 0;
        return;
    }

    Fibo[0] = 0;
    Fibo[1] = 1;
    if(n == 1){

        return;
    }
    for(int i=2; i< n;i++){
        Fibo[i] = Fibo[i-1] + Fibo[i-2];    
    } 
 }

int main(){
    int  num;
    int shmid;//共享内存ID
    char *shmptr;//父类共享内存地址指针
    share_data *shMemory;//创建结构体指针
    pid_t pid;

    printf("Please enter a positive number(no more than 10): ");
    while(1){
        scanf("%d", &num);
        if(num < 0)  printf("The number less than 0. Please try agian: ");
        else if(num > 10) printf("The number more than 0. Please try agian: ");
        else break;
    }

    //IPC_PRIVATE 保证使用唯一ID
    if((shmid = shmget(IPC_PRIVATE, sizeof(share_data), PERM)) < 0)
    {//创建共享内存
        printf("shmget error:%s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
    if((shMemory = (share_data*)shmat(shmid, 0, 0)) == (void*)-1)
    {//将共享内存连接到可用地址上
        printf("shmat error:%s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
    shMemory->sequence_size = num;

    while((pid = fork()) == -1);//创建子进程

    if(pid == 0){//在子进程中生成斐波那契数列
        Fibonacci(shMemory->sequence_size, shMemory->fib_sequence);
        exit(0);
    }
    else if(pid > 0){//父进程中，执行 输出
        wait(0);
        for(int i = 0; i < shMemory -> sequence_size; i++){
            printf("%d ", shMemory->fib_sequence[i]);
        }
        printf("\n");
        shmdt(shMemory);//取消此内存
        shmctl(shmid, IPC_PRIVATE, NULL);//回收该内存段
        exit(0);
    }
    return 0;
 }

1. 注意不要漏了头文件wait.h，否则编译过程中会出现警告。

2. 由于头文件sys/ipc.h的存在 ，编译要使用下面的命令：

否则会出现警告：

原因与解决：http://www.justskins.com/forums/_svid_source-and-_xopen_source-263518.html

编译运行结果

　　本次实验讲解到这里结束，希望对大家有帮助。