ZUCC OS实验复习指南（进程、线程、进程通信、消息队列、信号、信号量、共享内存、管道）

ZUCC OS复习指南

（进程、线程、进程通信、消息队列、信号、信号量、共享内存、管道）

os实验是上机pta，极少是操作系统原理的理论，基本上是实验手册

复习策略是记住

1.头文件
2.函数
3.进程、线程、进程间的通信（信号、共享内存、信号量、消息队列、管道）

1. 进程的创建和管理(fork)
头文件<sys/types.h>、<sys/wait.h>

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>//fork在这 
#include<sys/wait.h>//wait在这 
int main()
{
	pid_t fork(void);
	/*创建一个新进程，返回两次，返回子进程的ID给父进程，
	返回0给子进程,错误返回负值，常考因printf的缓冲机制，
	不加换行符会导致输出异常*/
	
	pid_t getpid(void);
	/*获取当前进程ID*/
	
	pid_t getppid(void);
	/*获取当前进程的父进程的ID*/
	
	pid_t wait(int *status);
	/*用于父进程阻塞，等待子进程的结束例如wait（0）*/ 
	
	void exit(int *status);
	/*用于本函数的结束常用于子进程，返回status,父进程中wait接收*/ 
	 
}

2. List item
头文件：<pthread.h>

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
int main()
{
	pthread_create(t1,NULL,p_msg,(void *)""hello"");
	/*用于创建一个进程，第一个属性t1是线程ID,在别的函
	数使用该进程只要输入线程ID，第二个NULL指的是线程的
	属性，默认且大多为NULL,第三个就是函数的起始地址，
	就是说，这线程创建是干什么的，执行什么函数，第四
	个hello就是该函数所需要的参数*/
	
	pthread_join(t1,NULL);
	/*用阻塞的方式等待t1进
	程的结束，第二个属性是
	t1结束的返回值只要记住
	常是NULL*/
	
	pthread_mutex_t mutex;//互斥量
	pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
	/*互斥量的初始化，必要*/
	 pthread_mutex_lock(&mutex);
	 /*相当于P操作，使信号量--,锁
	 住该进程,别的进程不能阻塞*/
	 pthread_mutex_unlock(&mutex);
	 /*相当于V操作，使信号量++,释放
	 锁，别的进程可以执行*/
	 /*PV操作下面再举例讲解*/
	 
	 pthread_exit(0);
	 /*释放该进程，0或NULL为返回值,类似于进程的exit函数*/ 
}

3 通信
进程之间的通信方式有信号、共享内存、信号量、消息队列、管道
这里先说明管道，因为管道是比较简单的。

1. 管道

头文件<unistd.h> 有两种管道，有名FIFO，和无名管道简称管道。

单向通信（半双工），是指在一个时间内只能读或写，

父子进程都可读都可写 考试只考无名管道

管道只能在父子进程中执行

先建立管道再fork子进程

#include<unistd.h>
int main()
{
	int pipe(fd[2]);
	/*建立管道*/
	/*fd数组装的是文件
	描述词，意思是你是
	写还是读，0读1写，
	建立成功函数返回0失
	败返回-1，下面给函数
	返回值基本相似，如相同不
	再赘述*/
	
	close(fd[1]);
	/*关闭读或写端口*/ 
	
	popen();
	/*是库函数的建立管道，其内部也调用了pipe*/
	pclose();
	/*与popen对应的关闭管道*/ 
	
}

2. 消息队列

头文件<sys/types>、<sys/ipc.h>、<sys/msg.h>.

有用户区和内核区，发送就是把用户区的数据放到内核区，接收则相反 且消息队列是个链表

允许一个或多个进程写入或读取消息 双向通信（解决了读写进程的同步和阻塞问题） 管道的不同之处是，必须关闭当前读写的端口

消息内容不仅可以是字符也可以是其他类型 不同于共享内存,内核完成向消息队列中发送消息后,

会唤醒等待消息的进程,同样的接受消息后，会删除消息 同样的唤醒发送进程

msqid_ds 是一个数据结构，里面登记了消息的最后 发送进程的PID,和最后接收进程的PID msgid和msqid不一样q代表队列

#include<sys/types.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/ipc.h>
int main()
{
	int msgid;
	/*消息队列的ID*/ 
	
	msgid=msgget((key_t)1234,0666|IPC_CREAT);
	/*创建消息队列,1234是一个键值key,
	返回值为消息队列的ID(标识)，收发可通过此ID进行*/
	
	msgrcv(masgid,(void *)&some_data,BUFSIZ,msg_to_receive,0);
	/*接收消息，masgid就是上面的消息队列ID，some_data是一个指针
	指向的是消息内容存放的地址，BUFSIZ就是这个消息内容的大小,是一个数字
	指定接收什么消息，最后的0就是能够唤醒发送进程*/
	
	msgsnd(msgid,(void *)&some_data,MAX_TEXT,0);
	/*用于发送消息，可以说和接收消息非常的类似，
	只需要记住MAX_TEXT是正文的字节数，最后唤醒接受进程*/
}

3. 信号

头文件<sinal.h> 信号是软中断，和中断一样是异步，也就是会，有信号时， 会停下工作去处理信号

signal_不属于Linux的文件

信号没有有优先级，中断有优先级，也就是说，所有的信号都是平等的

四个事件体现三个功能 事件：1.信号注册 2.信号发送 3.信号处理 4.信号注销 功能：1.发送信号 2.预设定信号的处理3.根据相应信号产生相应的处理事件

发送信号涉及的函数： alarm(),kill(),sigqueue(),raise()

头文件中定义了64种信号，其中kill信号-9，15终止信号比较重要

#include<signal.h>
int main()
{
	signal(SIGUSR1,p_action);	
	/*为SIGUSR1信号绑定处理函数p_aciton*/
	
	kill(pid,sig);
	/*根据pid的值决定发给谁，可以是多个人，sig是信号*/
	
	sigaction();
	/*和signal类似但更复杂*/
	
	sigqueue(pid,sig,sigval);
	/*和sigaction相对的发送信号的函数，
	针对实时信号，比kill传更多内容,但是只能给一个进程*/ 
	
	pause();/*暂停进程等信号*/
	raise(sig);/*向自身进程发送一个信号*/ 
	
	/*以下不重要*/
	alarm(time);/*定时发送sigalarm(signal.h文件中有包含)*/
	
	gettitimer();/*获取time这个定时器的状态*/
	
	setitimer()；/*设置定时器*/ 
	
	
} 

4. 共享内存

头文件<sys/ipc.h><sys/shm.h><sys/types.h>

划定存储区允许两个或多个进程共享

不需要拷贝（那需要拷贝的通信方式有消息队列和管道，其他方式不传送数据）,效率更高

两个进程可以用一个相同的key共享一块内存区，但不同的进程调用shmget的size可以不一样。

操作流程一般是
shmget建立共享内存
fork子进程
shmat子进程连接共享内存
shmdt写完后断开连接
shmctl父进程获得共享内存状态信息
shmat父进程连接共享内存
shmdt读完后断开连接
shmctl父进程销毁共享内存

#include<sys/shm.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
int main()
{
	int shmid;/*共享内存的ID*/
	
	shmid=shmget(key,SIZE,IPC_CREAT|0600)；
	/*建立共享内存
	key为键值，SIZE为共享内存大小,IPC_CREAT
	返回共享内存的ID*/ 
	
	shmaddr=char(*)shmat(shmid,NULL,0);
	/*NULL处如果有值就是指定共享内存出现再进程内存地址的什么地方，
	如果没有就内核自己决定，0为读写模式*/ 
	/*返回地址*/
	
	shmdt(shmaddr);/*断开共享内存*/
	
	shmctl(shmid,IPC_STAT,&buf);
	/*共享内存管理，IPC_STAT意思是得到共享内存状态，复制到buf
	还有IPC_SET改变共享内存状态，
	IPC_RMID删除这片共享内存（上文的销毁）*/ 
} 

5. 信号量

其实就是理论中PV操作在进程中的实现，同步和互斥。
理解了就非常的简单。
先分别说明POSIX信号量和SYSTEM V

POSIX信号量

分为有名和无名。
有名，保存在文件，用于线程和所有进程同步。
无名，保存在内存，用于线程或相关进程同步。

考无名。无名信号量必须是多个进程的共享变量。

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
	/*保护变量的意思是，用pv操作对其进行控制*/
	sem_t sem_id;/*信号量变量*/
	sem_init(&sem_id,0,1); 
	/*sem_id为信号变量，指明类型，
	0为在相关进程共享，其他为当前进程的所有进程共享
	1为信号量的初始值*/
	
	sem_wait(&sem_id);
	/*p操作，信号量--*/
	
	sem_post(&sem_id);
	/*v操作，信号量++*/ 
} 

重要的是理解PV操作

SYSTEM V

头文件<sys/types.h><sys/ipc.h><sys/sem.h>

是信号量的集合，用于进程间同步

SYSTEM V其实只有三个函数，但是每个函数都有一个集合体

#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
	sem_id=semget((key_t)1234,1,1066|IPC_CREAT);
	/*创建信号量*/
	/*1为信号量个数*/
	
	semop(sem_id,sops,1);
	/*pv操作 
	sem_id为信号集的位置，
	sops为信号量操作集合的位置，
	1为进行操作的信号量的个数*/ 
	
	semctl(sem_id,,semnum,cmd,arg);
	/*用于信号量集合的控制，类似信号 
	sem_id信号量的集合位置，
	semnum信号量集合的下标指向哪个信号量，
	cmd是控制信息
	可能是cmd所有的参数结构*/
 } 

system V应该把注意还是放在PV操作上