操作系统二

南昌航空大学实验报告2011年5月24日课程名称：操作系统实验名称：进程管理班级：080611学生姓名：黄依婷学号：08061105指导教师评定：签名：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、分析进程竞争资源现象，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、实验任务（1）进程的创建编写一段源程序，使系统调用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”和字符“c”。试观察纪录屏幕上的显示结果，并分析原因。（2）进程的控制修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，在观察程序执行时屏幕出现的现象，并分析原因。如果在程序中使用调用lockf()来给每一个子进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。（3）①编写一段程序，使其现实进程的软中断通信。要求：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：ChildProcessllisKilledbyParent!ChildProcessl2isKilledbyParent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止ParentProcessisKilled!②在上面的程序中增加语句signal(SIGNAL,SIG-IGN)和signal(SIGQUIT,SIG-IGN),观察执行结果，并分析原因。（4）进程的管道通信编制一段程序，实现进程的管理通信。使用系统调用pipe()建立一条管道线；两个子进程P1和P2分别向管道中写一句话：Child1issendingamessage!Child2issendingamessage!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。要求父进程先接收子进程P1发来的消息，然后再接收子进程P2发来的消息。三、实验步骤1．进程的创建任务: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。〈程序〉#includestdio.hmain(){intp1,p2;if(p1=fork())/*子进程创建成功*/putchar('b');else{if(p2=fork())/*子进程创建成功*/putchar('c');elseputchar('a');/*父进程执行*/}}运行结果bca(有时会出现bac)分析：从进程执行并发来看，输出bac,acb等情况都有可能。原因：fork()创建进程所需的时间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．进程的控制任务：修改已编写好的程序，将每个程序的输出由单个字符改为一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。如果在程序中使用系统调用lockf()来给每个程序加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。〈程序1〉#includestdio.hmain(){intp1,p2,i;if(p1=fork())for(i=0;i500;i++)printf(child%d\n,i);else{if(p2=fork())for(i=0;i500;i++)printf(son%d\n,i);elsefor(i=0;i500;i++)printf(daughter%d\n,i);}}〈运行结果〉child….son…daughter…daughter…或child…son…child…son…daughter分析：由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断，因此，字符串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。这与打印单字符的结果相同。〈程序2〉#includestdio.hmain(){intp1,p2,i;if(p1=fork()){lockf(1,1,0);for(i=0;i500;i++)printf(child%d\n,i);lockf(1,1,0);}else{if(p2=fork()){lockf(1,1,0);for(i=0;i500;i++)printf(son%d\n,i);lockf(1,1,0);}else{lockf(1,1,0);for(i=0;i500;i++)printf(daughter%d\n,i);lockf(1,0,0);}}}运行结果〉大致与未上锁的输出结果相同，也是随着执行时间不同，输出结果的顺序有所不同。分析：因为上述程序执行时，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有由操作系统保证）问题，所以，加锁与不加锁效果相同。3．软中断通信任务1：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ctrl+c键），当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用kill()向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后，分别输出下列信息后终止：childprocess1iskilledbyparent!childprocess2iskilledbyparent!父进程等待两个子进程终止后，输出以下信息后终止：parentprocessiskilled!程序流程图〈程序〉#includestdio.h#includesignal.h#includeunistd.hvoidwaiting(),stop();intwait_mark;main(){intp1,p2;if(p1=fork())/*创建子进程p1*/{if(p2=fork())/*创建子进程p2*/{wait_mark=1;signal(SIGINT,stop);/*接收到^c信号，转stop*/waiting();kill(p1,16);/*向p1发软中断信号16*/kill(p2,17);/*向p2发软中断信号17*/wait(0);/*同步*/wait(0);printf(parentprocessiskilled!\n);exit(0);}else{wait_mark=1;signal(SIGINT,stop);waiting();lockf(1,0,0);printf(childprocess2iskilledbyparent!\n);lockf(1,0,0);exit(0);}}else{wait_mark=1;signal(SIGINT,stop);waiting();lockf(1,0,0);printf(childprocess1iskilledbyparent!\n);lockf(1,0,0);exit(0);}}voidwaiting(){while(wait_mark!=0);}voidstop(){wait_mark=0;}运行结果任务2：在上面的任务1中，增加语句signal(SIGINT,SIG_IGN)和语句signal(SIGQUIT,SIG_IGN)，观察执行结果，并分析原因。这里，signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分别为忽略键信号以及忽略中断信号。程序#includestdio.h#includesignal.h#includeunistd.hintpid1,pid2;intEndFlag=0;intpf1=0;intpf2=0;voidIntDelete(){kill(pid1,16);kill(pid2,17);EndFlag=1;}voidInt1(){printf(childprocess1iskilled!byparent\n);exit(0);}voidInt2(){printf(childprocess2iskilled!byparent\n);exit(0);}main(){intexitpid;signal(SIGINT,SIG_IGN);signal(SIGQUIT,SIG_IGN);if(pid1=fork()){signal(SIGUSR1,Int1);signal(SIGINT,SIG_IGN);pause();exit(0);}else{if(pid2=fork()){signal(SIGUSR1,Int1);signal(SIGINT,SIG_IGN);pause();exit(0);}else{signal(SIGINT,IntDelete);waitpid(-1,&exitpid,0);printf(parentprocessiskilled\n);exit(0);}}}〈运行结果〉请读者将上述程序输入计算机后，执行并观察。〈分析〉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。3．进程的管道通信任务：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分别向通道个写一句话：child1processissendingmessage!child2processissendingmessage!而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。〈程序〉#includeunistd.h#includesignal.h#includestdio.hintpid1,pid2;main(){intfd[2];charoutpipe[100],inpipe[100];pipe(fd);/*创建一个管道*/while((pid1=fork())==-1);if(pid1==0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(outpipe,child1processissendingmessage!);write(fd[1],outpipe,50);/*向管道写长为50字节的串*/sleep(5);/*自我阻塞5秒*/lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{while((pid2=fork())==-1);if(pid2==0){lockf(fd[1],1,0);/*互斥*/sprintf(outpipe,child2processissendingmessage!);write(fd[1],outpipe,50);sleep(5);lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{wait(0);/*同步*/read(fd[0],inpipe,50);/*从管道中读长为50字节的串*/printf(%s\n,inpipe);wait(0);read(fd[0],inpipe,50);printf(%s\n,inpipe);exit(0);}}}〈运行结果〉延迟5秒后显示:child1processissendingmessage!再延迟5秒:child2processissendingmessage!〈分析〉四、实验体会通过本次实验让我了解了进程的管理，通过实现进程的创建、进程的控制、进程的管道通信并编写一段程序，实现进程的软中断通信。加深了对进程概念的理解，明确进程和程序的区别，进一步认识并发执行的实质。巩固了课本上所学到的知识。