操作系统实习报告 - search readpudncom.doc

1、操作系统实习报告 信息院计算机科学与技术 实验一 进程管理 一 实验目的 （ 1） 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别； （ 2） 进一步认识并发执行的实质。 （ 3） 分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。 （ 4） 了解 Linux 系统中进程通信的基本原理。 二实验内容 1进程创建 编写一段程序，使用系统调用 FORK（）创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符；父进程显示字符“ A”，子进程分别显示字符 B 和 C。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。 #include #include #includ

2、e main() int p1,p2; while (p1=fork()=-1); if(p1=0) putchar(b); else while(p2=fork()=-1); if(p2=0) putchar(c); else putchar(a); 从进程并了执行来看，输出 BAC， ACB 等情况者有可能。 FORK（）创建进程所需的时间要多于输出一个字符的时间，因此在主进程创建进程 2 的同时，进程 1 就输出了 B，而进 程 2 和主程序的输出次序是有随机性的，所以会出现上述结果。 2进程的控制 修改已编写的程序，将每个进程的输出由单个字符必为一句话，遭到观察程序执行时屏幕上出现的现

3、象，并分析其原因。如果在程序中使用系统调用 LOCKF（）来给每个进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。 # include # include # include main() int p1,p2,i; while(p1=fork()=-1); if(p1=0) for(i=0;i SON CHILD DAUGHTER 由于函数 PRINTF（）输出的字符串之间不会被中断，因此，字符内部的字符顺序输出时不变。但是，由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。这与打印单字答的结果相同。 #include #inclu

4、de #include #include main() int p1,p2; int i; while (p1=fork()=-1); if(p1=0) lockf(1,1,0); for(i=0;i大致与未上锁的输出结果相同，也是随着执行时间不同，输出结果表明的顺序有所不同。 因为上述执行时，不同进程之间不存在共享临界资源（其中打印机的互斥性已由操作系统保证）问题所以，加锁与不加锁效果相同。 3软中断通信 编制一段程序，使用系统调用FORK（）创建两个子进程，再用系统调用SIGNAL（）让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按 DEL 键），当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用 KILL（）向两

5、个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后，分别输出下列信息后终止： child process 1 is killed by parent! Child process 2 is killed by parent! 父进程等待两个子进程终止后，输出以下信息后终止： parent process is killed! #include #include #include #include #include void waiting(),stop(); int wait_mark; int lockf( int files,int function,long size); main() int p1,

6、p2,stdout; while(p1=fork()=-1); if(p10) while(p2=fork()=-1); if(p20) wait_mark=1; signal(SIGINT,stop); waiting(0); kill(p1,16); kill(p2,17); wait(0); wait(0); printf(“parent process is killed!n“); exit(0); else wait_mark=1; signal(17,stop); waiting(0); lockf(stdout,1,0); printf(“child process 2 is k

7、illed by parent!n“); lockf(stdout,0,0); exit(0); else wait_mark=1; signal(16,stop); waiting(0); lockf(stdout,1,0); printf(“child process 1 is killed by parent!n“); lockf(stdout,0,0); exit(0); void waiting() while(wait_mark=0); void stop() wait_mark=0; child process 1 is killed by parent! child proce

8、ss 2 is killed by parent! Parent process is killed! 上述程序中，实用函数 SIGNAL（）都放在一段程序的前面部位，而不是在其他接收号处。这是因为 SIGNAL（）的执行只是为进程指定信号量 16 或 17 的作用，以及分配相应的与 STOP（）过程链接的指针。从而， SIGNAL（）函数必须在程序前面部分执行。该程序段前面部分用了两个WAIT （ 0）， 是为了防止造成死锁 . 该程序段中每个进程退出时都用了语句EXIT（ 0）， 在上面任务 1 中，增加语句SIGNAL（ SIGINT， SIG IGN）和 SIGNAL（ SIGQUIT

9、， SIGIGN）分别为忽略 DEL键信号以及忽略中断信号。 # include # include # include int exitcode; int pid1,pid2,pid; int EndFlag=0; int pf1=0; int pf2=0; void IntDelete() kill(pid1,16); kill(pid2,17); EndFlag=1; void Int1() printf(“child process 1 is killed! by parentn“); exit(0); void Int2() printf(“child process 2 is ki

10、lled! by parentn“); exit(0); main() int exitpid; signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(SIGQUIT,SIG_IGN); while (pid1=fork()=-1); if(pid=0) signal(SIGUSR1,Int1); signal(SIGINT,SIG_IGN); pause(); exit(0); else while(pid=fork()=-1); if(pid2=0) signal(SIGUSR2,Int2); signal(SIGINT,SIG_IGN); pause(); exit(0); el

11、se signal(SIGINT,IntDelete); waitpid(-1, printf(“parent process is killedn“); exit(0); 由于忽略了中断与退出信号，程序会一直保持阻塞状态而无法退出。 4进程的管道通信 编制一段程序，实现进程的管道通信。使用系统调用 PIPE（）建立一条管道线。两个子进程 P1 和 P2 分别向管道各写一句话： CHILD 1 IS SENDING MESSAGE！ CHILD 2 IS SENDING MESSAGE！ 而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息显示在屏幕上。 # include # include # i

12、nclude int pid1,pid2; int lockf(int files,int function,long size); main() int fd2; char OutPipe100,InPipe100; pipe(fd); while(pid1=fork()=-1); if(pid1=0) lockf(fd1,1,0); sprintf(OutPipe,“child 1 process is sending message!“); write(fd1,OutPipe,50); sleep(5); lockf(fd1,0,0); exit(0); else while(pid2=

13、fork()=-1); if(pid2=0) lockf(fd1,1,0); sprintf(OutPipe,“chlild 2 process is sending message!“); write(fd1,OutPipe,50); sleep(5); lockf(fd1,0,0); exit(0); else wait(0); read(fd0,InPipe,50); printf(“%sn“,InPipe); wait(0); read(fd0,InPipe,50); printf(“%sn“,InPipe); exit(0); CHILD 1 IS SENDING MESSAGE！

14、CHILD 2 IS SENDING MESSAGE！ 该程序使用了系统调用 PIPE（）建立一条管道线。然后通过两个子进程 P1 和P2 分别向管道各写一句话，分别是“ child 1 is sending message! ”“ child 2 is sending message!” .而父进程则从管道中读出来自于两个进程的信息，通过 PRINTF 语句显示在屏幕上。 实验二 进程间通信 一 实验目的 LINUX 系统的进程通信机构（ IPC）允许在任 意进程间大批量地交换数据。本实验的目的是了解和熟悉 LINUX 支持的消息通信机制，共享存储区机制。 二 实验内容 1消息的创建，发送和

15、接收 使用系统调用 MSGGET （），MSGSND（）， 及 MSGCTL（）编制一长度为 1K 的消息发送和接收的程序。 （ 1）为了便于操作和观察结果，用一个程序作为“引子”，先后 FORK（）两个子进程， SERVER 和 CLIENT，进行通信。 （ 2） SERVER 端建立一个 KEY 为 75 的消息队列，等待其他进程发来的消息。当遇到类型为 1 的消息，则作为结束信号，取消 该队列，并退出 SERVER。 SERVER 每接收到一个消息后显示一句“（ SERVER ）RECEIVED”。 （ 3） CLIENT 端使用 KEY 为 75 的消息队列，先后发送类型从 10 到

16、1 的消息，然后退出。最后的一个消息，即是 SERVER 端需要的结束信号。 CLIENT 每发送一条消息后显示一句“（ CLIENT） RECEIVED”。 （ 4） 父进程在 SERVER 和 LIENT 均退出后结束。 #include #include #include #include #define MSGKEY 75 struct msgform long mtype; char mtext1030; msg; int msgqid,i; void CLIENT() int i; msgqid=msgget(MSGKEY,0777); for(i=10;i=1;i-) msg.m

17、type=i; printf(“(client)sentn“); msgsnd(msgqid, exit(0); void SERVER() msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); do msgrcv(msgqid, printf(“(server)receivedn“); while(msg.mtype!=1); msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); exit(0); main() while(i=fork()=-1); if(!i) SERVER(); while(i=fork()=-1); if(!i)CLIENT(); wait(0)

18、; wait(0); 从理想的结果来说，应当是每当CLIENT 发送一个消息后， SERVER 接收该消息， CLINET 再发送下一条。也就是说“（ CHINET ） SENT ”和“（ SERVER ）RECEIVED”的字样应该在屏幕上交替出现。实际的结果大多是，先由 CLINET 发送了两条消息，然后 SERVER 接收一条消息。此后 CLINET=SERVER 交替发送和接收消息。最后 SERVER 一次接收两条消息。CLIENT 和 SERVER 分别发送和接收了 10条消息，与预期设想一致。 MESSAGE 的传送和控制并不保证完全同步，当一个程序不在激活状态的时候，它完全可能继

19、续睡眠，造成了上面的现象，在多次 SEND MESSAGE后才 RECEIVE MESSAGE。这上点有助于理解消息传送的实现机理。 2共享存储区的创建，附接和断接 使用系统调用 SHMGET（）， SGMAT（）， SMGDT（）， SHMCT1（），编制一个与上述相同功能的程序。 为了便于操作和观察结果，用一个程序作为“引子”，先后 FORK（）两个子进程，SERVER 和 CLIENT，进行通信。 SERVER端建立一个 KEY 为 75 的共享区，并将第一个字节置为 -1。作为数据空的标志等待其他进程了来的消息。当该字节的值发生变化时，表示收到了信息进行处理。然后再次把它的值设为 -1

20、。如果遇到的值为 0，则视为结果信号，取消该队列，并退出SERVER。 SERVER 每接收到一次数据后显示“（ SERVER） RECEIVED”。 CLIENT 端建立一个 KEY 为 75 我共享区，当共享取得第一个字节为 -1 时， SERVER 端空闲，可发送请求。 CLIENT 随即填入 9 到0。期间等待 SERVER 端的 再次空闲。进行完这些操作后， CLIENT 退出。 CLIENT 每发送一次数据后显示“（ CLIENT） SENT”。 父进程在 SERVER 和 CLIENT 均退出后结束。 # include # include # include # include

21、 #include # define SHMKEY 75 int shmid,i; int *addr; void CLIENT() int i; shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777); addr=shmat(shmid,0,0); for(i=9;i=0;i-) while(*addr!=-1); printf(“(client)sentn“); *addr=i; exit(0); void SERVER() shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT); addr=shmat(shmid,0,0); do *addr=-1; wh

22、ile(*addr=-1); printf(“(server)receivedn“); while(*addr); shmctl(shmid,IPC_RMID,0); exit(0); main() while (i=fork()=-1); if(!i) SERVER(); while (i=fork()=-1); if(!i)CLIENT(); wait(0); wait(0); 运行的结果和预想的格式一样。但在运行的过程中，发现第当 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 又需要等待约 0.1秒才发送下一个数据。 出现上述的

23、应答延迟的现象是程序设计的问题当 CLIENT 端了送了数据后，并没有任何措施通知 SERVER 端数据已经发出，需要由 CLIENT 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 的应答过程之中。 3 比较两种消息通信机制中的数据传输的时间 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，应更加全面地分析。 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，后者需要对硬件操作，

24、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。 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 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。 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。 实验感想：这次的操作系统实习使我学到了不少东西，让我了解了从没接触过的 LINUX系统，并学会了在里面编译和调试程序，对进程的创建，控制和软中断通信有了一定的认识。对消息的创建，发送和接收不仅仅停留在理论上，更从实践上深入了解了。还从实践中掌握了共享存储区的创建，附接和断接，这些都让我受益菲浅。