【申嵌】Linux系统程序设计课堂实训练习

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第二章 基本文件I/O

1、书上实例练习

2、设计一个程序，实现将一个字符串“Hi, I'm a Linux programmer!”写入到文件a.txt，然后将a.txt中前10个字符拷贝到文件b.txt中。

第三章 进程与线程

1、练习使用fork复制进程的例子，观察处理器的调度情况，尝试使用sleep(1)来改变调度顺序。

2、练习fork+execl/execv/execlp/execvp的结合使用。

3、waitpid实验 waitpid.c

问题描述：

首先使用fork新建一个子进程，并使子进程暂停5s（使用sleep函数），接下来，父进程使用waitpid函数，并使用参数WNOHANG使父进程不会阻塞。若有子进程退出，则waitpid返回子进程号；若没有子进程退出，则waitpid返回0，并且父进程每隔一秒循环判断一次。

提示:

pr = waitpid(pid, NULL, WNOHANG)

4、多进程程序实验 proc_expr1.c

实验目的：熟练掌握fork, exec, waitpid等函数的使用

问题描述：

父进程依次创建两个子进程，其中一个子进程运行"ls -l"指令，另一个进程在暂停5s后异常退出，父进程并不阻塞自己，并等待子进程的退出信息，待收集到该信息，父进程就返回。

5、多线程编程实验：利用线程参数重用一个线程函数创建多线程。

（1）创建两个新线程，一个输出x，另一个输入o，每个线程输出固定字符数后就从线程函数中返回退出线程。线程函数char_print在两个线程中均被执行，但是程序为每个线程指定不同的实例作为参数。

（2）引入pthread_join主线程收集两个子线程的退出信息，并释放资源。

6、互斥锁的使用方法 mutex_test.c

目的：掌握互斥锁来进行线程同步的方法。通过互斥锁来同步读、写线程对共享缓冲区的操作。

7、使用信号量同步线程实验 sem_test1.c

目的：掌握使用信号量进行线程同步的方法。

(2) 修改程序使得三个线程的执行顺序为a->b->c

sem_test2.c

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8、条件变量同步线程实验

目的：掌握使用条件变量进行线程同步的方法。

cond_test.c

第四章 进程间的通信

1、kill+signal 实现不同进程发送信号机制 kill_signal_expr.c

创建一个子进程，父进程通过kill发送一个SIGTERM信号给子进程，子进程借助signal建立SIGTERM与信号处理函数的关联，当子进程接收到SIGTERM信号，使用execl函数终止自己。

提示：注意到execl函数的参数都是char *类型，因此必须使用sprintf将pid从int转换成char *,

eg:

char s[];

sprintf(s,"%d",getpid());

2、有名管道（命名管道）fifo_read.c, fifo_write.c

编写两个程序，一个用于读管道，另一个用于写管道。其中在读管道的程序里创建管道，并且作为main函数里的参数由用户输入要写入的内容。读管道读出用户写入管道的内容。 要求：这两个函数用的是非阻塞读写管道。

eg:

fd = open(FIFO, O_RDONLY | O_NONBLOCK, 0755);

fd = open(FIFO, O_WRONLY | O_NONBLOCK, 0);

3、信号量综合实例 ipc_sem_test.c

问题描述：首先实现两个函数，用于请求和释放信号量，每个进程只能请求一次，定义一个全局变量semheld

来记录请求次数，当semheld大于0时不再增加信号量，当semheld小于1时，不再释放信号量。

4、信号量应用实例 sem_p_v.c

问题描述：此应用程序实现了父子进程间对信号量的 PV 操作。所谓 P 操作，就是将信号量的值减

去 1；所谓 V 操作，就是将信号量的值加 1。

在此程序中，子进程创建了一个含有一个信号量的信号量集合，并初始化为 5。在前 5 次 V 操作中，子进程每次 V 操作等待 1 秒，在后 5 次 V 操作中，子进程每次 V 操作等待 3

秒。父进程执行10次P操作，每次 P 操作等待 2 秒。

5、实现一个简单的消息队列工具，用于创建消息队列、发送、读取消息、改变权限以及删除消息队列。 msgtool实例， msgtool.c

实现如下功能：

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（1） 发送消息

msgtool s (type) “text”

（2） 读取消息

msgtool r (type)

（3） 改变权限

msgtool m (mode)

（4） 删除队列

msgtool d

6、消息队列应用实例练习： msg_receiver_example.c, msg_sender_example.c

原理及功能说明

此实例是一个简单的使用消息队列进行实时聊天的本机通信程序，发送端每发送一个消 息，会立即被接收读取，在没有消息在消息队列中时，将处于阻塞状态。其运行结果如下：

（1）终端 1 运行接收端。

[root@localhost hanson]# ./msg_receiver_example //执行接收端

最开始执行时，在消息队列中没有信息，处于阻塞状态。

（2）终端 2 运行发送端。

[root@localhost hanson]# ./msg_sender_example //执行发送端

Enter the mssage to send:hello //输入信息

Enter the mssage to send:yes

Enter the mssage to send:go

Enter the mssage to send:end //结束信号

（3）有信息发送后，终端 1 接收到的信息。

receiver mssage:hello

receiver mssage:yes

receiver mssage:go

receiver mssage:end //通信结束

在整个过程中，可以通过 ipcs –q 命令查看，以下验证了接收端接收到消息后，该消息将 从消息队列中删除。

[root@localhost hanson]# ipcs –q //使用 ipcs –q 查看当前消息队列情况

------ Message Queues --------

key msqid owner perms used-bytes messages //无任何消息队列

[root@localhost hanson]# ./msg_sender_example //执行发送消息命令

Enter the mssage to send:hello

Enter the mssage to send:world

Enter the mssage to send:embedded

Enter the mssage to send:end //结束发送消息

[root@localhost ]# ipcs –q//查看当前消息队列使用情况

------ Message Queues --------

key msqid owner perms used-bytes messages

0x00003039 65536 root 666 2048 4 //包括详细的使用情况

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[root@localhost yangzongde]# ./msg_receiver_example //从消息队列中接收消息 receiver mssage:hello

receiver mssage:world

receiver mssage:embedded

receiver mssage:end //接收完所有消息

[root@localhost yangzongde]# ipcs –q//再次查看

------ Message Queues --------

key msqid owner perms used-bytes messages //无任何消息内容

7、实现一个简单的共享内存工具shmtool，用于创建共享内存、写读共享内存、改变权限以及删除共享内存。在读写操作的时候，如果共享内存已经存在，直接进行绑定并读写，否则先创建一个共享内存。

具体用法如下：

（1）把字符串写入共享内存

shmtool w "text"

（2）从共享内存中读取文件

shmtool r

（3）改变权限

shmtool m (mode)

（4）删除共享内存

shmtool d

共享内存工具shmtool.c

8、共享内存处理应用示例 1 shm_expr.c

共享内存实验

实验内容：简单实现在一个进程中利用共享内存实现对文件的打开、读写操作。（暂时不涉及共享内存同步机制，后续实验）

实验步骤：

（1）创建共享内存

（2）映射共享内存

（3）打开共享内存

（4）先写一个字符串“hello”至共享内存，然后将共享内存中字符串数据写入文件中，最后读出文件中字符串内容

（5）脱离共享内存绑定

（6）删除共享内存

9、共享内存处理应用示例 2 parent_child_shm_example.c

功能描述 ：

此程序实现父子进程通过共享内存进行数据通信。子进程创建一个共享内存单元，然后子进程接受用户输入的信息（通过 argv[1]输入）， 并将其写入到共享内存单元；

父进程则等待直到子进程退出，再从共享内存单元将该信息读出，并显示信息的个数。此程序编译运行结果如下：

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[root@localhost shmemory]# gcc -o parent_child_shm_example parent_child_shm_example.c //编译

[root@localhost shmemory]# ./parent_child_shm_example http:// //运行 this is child.

write argv[1] to shm.

you input charater count is 13

this is parent.

input charater is http:////父进程显示写入到共享内存的信息

10、共享内存处理应用示例 3

shm_sem_example_send.c

shm_sem_example_recv.c

1．功能描述

此程序实现没有亲缘关系的两个进程间通过共享内存进行数据通信，同时，使用信号量来保证两个进程的读写同步：即发送方在发送数据时，接收方不能接收数据；接收方在接收数据时，发送方不能发送数据。

在代码使用中，使用共享内存来传递数据，使用信号量来同步读写端（此处仅使用二元信号量）。基本思路如下：

1)首先设置信号量初始值为 0，表示没有写入任何数据，不可以读。

2) 发送端在信号量的值为 0 时写入一段数据到共享内存中并阻塞读进程，写入完成后，置信号量的值为 1，表示可以读数据。此时也不能再写数据了。

3) 接收端在信号量的值为 1 时读出数据并阻塞写入端，读出完成后，设置信号量的值为 0，表示读出完成，可以再写数据。

发送端程序编译运行结果如下：

[root@localhost shared_memory]# gcc -o shm_sem_example_send shm_sem_example_send.c//编译

[root@localhost shared_memory]# ./shm_sem_example_send //运行发送端

write data operate //提示信号量值满足写操作，执行写操作，写时不能读数据 please input something:hello //要求输入数据，此处写入 hello

write data operate //提示信号量值满足写操作，执行写操作，写时不能读数据 please input something:world //要求输入数据，此处写入 world

write data operate //提示抢占到信号量，执行写操作，写时不能读数据

please input something:end //提示信号量值满足写操作，此处写入 end

接收端程序编译运行结果如下：

[root@localhost shared_memory]# gcc -o shm_sem_example_recv shm_sem_example_recv.c //编译

[root@localhost shared_memory]# ./shm_sem_example_recv //运行接收端

read data operate //提示信号量值满足读操作，执行读操作，读时不能写数据

hello

read data operate //提示信号量值满足读操作，执行读操作，读时不能写数据

world

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在运行过程中，使用命令“ipcs”命令可以查看到使用的共享内存和信号量信息。

[root@localhost ~]# ipcs

------ Shared Memory Segments -------- //共享内存信息

key shmid owner perms bytes nattch status

0x0009fbf1 458752 root 600 2048 2

------ Semaphore Arrays -------- //信号量信息

key semid owner perms nsems

0x0001e240 458752 root 666 1

------ Message Queues --------

key msqid owner perms used-bytes messages

第五章 网络编程（上）

1、编程实现判断主机字节序

byte_order.c

2、编写域名解析程序

domain.c

3、基于TCP协议，实现一个简单的ECHO单客户端服务器通信程序。

ECHO客户端接收用户输入发送给服务器端的2029端口，接收服务器端的响应并将它显示给用户。

这里，ECHO服务器只能同时服务于一个客户端。

示例5-3 单客户echo服务器

server.c, mynet.h, client.c

4、基于TCP实现一个多客户端并发ECHO服务器。

并发ECHO服务器同时可以服务于多个客户端，每当有客户端连接到来时，它通过调用fork()派送子进程为客户端提供服务。

示例5-4 并发多客户echo服务器 server.c, mynet.h, client.c

第六章 网络编程（下）

1、使用select实现echo多客户服务器程序。

示例6-1 server.c, client.c

2、基于UDP协议，实现一个简单的ECHO单客户端服务器通信程序。

ECHO客户端接收用户输入发送给服务器端的2029端口，接收服务器端的响应并将它显示给用户。

这里，ECHO服务器只能同时服务于一个客户端。

示例6-5 单客户echo服务器

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server.c, mynet.h, client.c

3、使用广播的echo单客户端服务器通信程序 示例：6-8

客户端用户输入受限广播地址如(255.255.255.255)，也可以输入子网的广播地址（eg: 192.168.1.255），在收到echo服务器的应答时，将输出服务器的地址，以确定是谁发送了应答。

测试如下：

运行服务器端程序： #./server

运行客户端程序：./client 192.168.1.255 或者./client 255.255.255.255

Enter the message: hello

Relay from: 192.168.1.72 2029

Server echo message: hello

4、示例6-10：ECHO守护进程(服务器端)

修改多客户端服务器程序ECHO，调用make_daemon()之后使之变成守护进程。

5、基于xinetd守护进程创建echo服务器 示例：6-11

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