操作系统实验-实验1分析

广州大学学生实验报告开课学院及实验室：计算机科学与工程实验室2015年11月10日实验课程名称操作系统实验成绩实验项目名称进程管理与进程通信指导老师(***报告只能为文字和图片,老师评语将添加到此处,学生请勿作答***)1、实验目的1.1、掌握进程的概念，明确进程的含义1.2、认识并了解并发执行的实质2.1、掌握进程另外的创建方法2.2、熟悉进程的睡眠、同步、撤消等进程控制方法3.1、进一步认识并发执行的实质3.2、分析进程竞争资源的现象，学习解决进程互斥的方法4.1、了解守护进程5.1、了解什么是信号5.2、INUX系统中进程之间软中断通信的基本原理6.1、了解什么是管道6.2、熟悉UNIX/LINUX支持的管道通信方式7.1、了解什么是消息7.2、熟悉消息传送的机理8.1、了解和熟悉共享存储机制二、实验内容1.1、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'a'，子进程分别显示字符'b'和字符'c'。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。1.2、修改上述程序，每一个进程循环显示一句话。子进程显示'daughter…'及'son……'，父进程显示'parent……'，观察结果，分析原因。2.1、用fork()创建一个进程，再调用exec()用新的程序替换该子进程的内容2.2、利用wait()来控制进程执行顺序3.1、修改实验（一）中的程序2，用lockf()来给每一个进程加锁，以实现进程之间的互斥3.2、观察并分析出现的现象4.1、写一个使用守护进程(daemon)的程序，来实现：创建一个日志文件/var/log/Mydaemon.log；每分钟都向其中写入一个时间戳(使用time_t的格式)；5.1、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^c键）；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，输出如下的信息后终止：Parentprocessiskilled!5.2、用软中断通信实现进程同步的机理6.1、编写程序实现进程的管道通信。用系统调用pipe()建立一管道，二个子进程P1和P2分别向管道各写一句话：Child1issendingamessage!Child2issendingamessage!父进程从管道中读出二个来自子进程的信息并显示（要求先接收P1，后P2）。7.1、消息的创建、发送和接收。使用系统调用msgget(),msgsnd(),msgrev(),及msgctl()编制一长度为１k的消息发送和接收的程序。8.1、编制一长度为1k的共享存储区发送和接收的程序。三、实验原理1、程既是一个独立拥有资源的基本单位，又是一个独立调度的基本单位。一个进程实体由若干个区（段）组成，包括程序区、数据区、栈区、共享存储区等。每个区又分为若干页，每个进程配置有唯一的进程控制块PCB，用于控制和管理进程。2、进程是进程映像的执行过程，也就是正在执行的进程实体。3、fork()返回值意义如下：0：在子进程中，pid变量保存的fork()返回值为0，表示当前进程是子进程。0：在父进程中，pid变量保存的fork()返回值为子进程的id值（进程唯一标识符）。4、NIX/LINUX中fork()是一个非常有用的系统调用，但在UNIX/LINUX中建立进程除了fork()之外，也可用与fork()配合使用的exec()。5、lockf(files,function,size)用作锁定文件的某些段或者整个文件。6、每个信号都对应一个正整数常量(称为signalnumber,即信号编号。定义在系统头文件signal.h中)，代表同一用户的诸进程之间传送事先约定的信息的类型，用于通知某进程发生了某异常事件。每个进程在运行时，都要通过信号机制来检查是否有信号到达。若有，便中断正在执行的程序，转向与该信号相对应的处理程序，以完成对该事件的处理；处理结束后再返回到原来的断点继续执行。实质上，信号机制是对中断机制的一种模拟，故在早期的UNIX版本中又把它称为软中断。7、信号的发送，是指由发送进程把信号送到指定进程的信号域的某一位上。如果目标进程正在一个可被中断的优先级上睡眠，核心便将它唤醒，发送进程就此结束。一个进程可能在其信号域中有多个位被置位，代表有多种类型的信号到达，但对于一类信号，进程却只能记住其中的某一个。8、当一个进程要进入或退出一个低优先级睡眠状态时，或一个进程即将从核心态返回用户态时，核心都要检查该进程是否已收到软中断。当进程处于核心态时，即使收到软中断也不予理睬；只有当它返回到用户态后，才处理软中断信号。9、管道，是指能够连接一个写进程和一个读进程的、并允许它们以生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件，又称为pipe文件。10、消息机制允许由一个进程给其它任意的进程发送一个消息。11、该机制可使若干进程共享主存中的某一个区域，且使该区域出现（映射）在多个进程的虚地址空间中。四、实验设备Linux系统五、实验程序1、创建子进程相关代码#includestdio.h#includeunistd.hintmain(){intp1,p2;while((p1=fork())==-1);/*创建子进程p1*/if(p1==0)putchar('b');else{while((p2=fork())==-1);/*创建子进程p2*/if(p2==0)putchar('c');elseputchar('a');}}修改后：#includestdio.h#includeunistd.hintmain(){intp1,p2,i;while((p1=fork())==-1);/*创建子进程p1*/if(p1==0)for(i=0;i10;i++)printf(daughter%d\n,i);else{while((p2=fork())==-1);/*创建子进程p2*/if(p2==0)for(i=0;i10;i++)printf(son%d\n,i);elsefor(i=0;i10;i++)printf(parent%d\n,i);}}2、exec,wait相关代码#includestdio.h#includestdlib.h#includeunistd.h#includesys/wait.hvoidmain(){intpid;pid=fork();/*创建子进程*/switch(pid){case-1:/*创建失败*/printf(forkfail!\n);exit(1);case0:/*子进程*/execl(/bin/ls,ls,-1,-color,NULL);printf(execfail!\n);exit(1);default:/*父进程*/wait(NULL);/*同步*/printf(lscompleted!\n);exit(0);}}3、lockf相关代码#includestdio.h#includeunistd.h#includesys/wait.hintmain(){intp1,p2,i;while((p1=fork())==-1);/*创建子进程p1*/if(p1==0){lockf(1,1,0);/*加锁，这里第一个参数为stdout（标准输出设备的描述符）*/for(i=0;i10;i++)printf(daughter%d\n,i);lockf(1,0,0);/*解锁*/}else{while((p2=fork())==-1);/*创建子进程p2*/if(p2==0){lockf(1,1,0);/*加锁*/for(i=0;i10;i++)printf(son%d\n,i);lockf(1,0,0);/*解锁*/}else{lockf(1,1,0);/*加锁*/for(i=0;i10;i++)printf(parent%d\n,i);lockf(1,0,0);/*解锁*/}}}4、守护神程序：#includestdio.h#includetime.h#includestdlib.h#includeunistd.h#includesys/time.hintmain(){time_tt;FILE*fp;fp=fopen(/var/log/Mydaemon.log,a);pid_tpid;pid=fork();if(pid0){printf(Daemononduty!\n);exit(0);}elseif(pid0){printf(Can'tfork!\n);exit(-1);}while(1){if(fp=0){sleep(60);printf(Daemononduty!\n);t=time(0);fprintf(fp,Thecurrenttimeis%s\n,asctime(localtime(&t)));}}fclose(fp);}5、通信中断关代码#includestdio.h#includestdlib.h#includesys/wait.h#includesignal.h#includeunistd.hvoidwaiting(),stop();intwait_mark;intmain(){intp1,p2,stdout;while((p1=fork())==-1);/*创建子进程p1*/if(p10){while((p2=fork())==-1);/*创建子进程p2*/if(p20){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(17,stop);/*接收到软中断信号17，转stop*/waiting();lockf(stdout,1,0);printf(Childprocess2iskilledbyparent!\n);lockf(stdout,0,0);exit(0);}}else{wait_mark=1;signal(16,stop);/*接收到软中断信号16，转stop*/waiting();lockf(stdout,1,0);printf(Childprocess1iskilledbyparent!\n);lockf(stdout,0,0);exit(0);}}voidwaiting(){while(wait_mark!=0);}voidstop(){wait_mark=0;}6、管道相关代码：#includeunistd.h#includesignal.h#includestdio.h#includestdlib.h#includesys/wait.hintpid1,pid2;intmain(){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!);/*把串放入数组outpipe中*/write(fd[1],outpipe,50);/*向管道写长为50字节的串*/sleep(5);/*