操作系统原理实验报告

1、操作系统原理操作系统原理实验报告学院：电信学院班级：电信(硕)81班姓名：尹鑫学号：08058029提交日期：2011年6月11日星期六操作系统原理实验报告一、 实验目的：1.1了解进程与程序的区别，加深对进程概念的理解；1.2进一步认识进程并发执行的实质；1.3分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法；1.4了解linux系统中进程通信的基本原理。二、 实验要求：2.1熟悉linux系统所提供的“系统功能调用”；阅读linux的sched.h源码文件，加深对进程管理概念的理解；阅读linux的fork.c源码文件，分析进程的创建过程；2.2按照实验内容，认真完成各项实验，并完成实验报告

2、；2.3实验报告必须包括：程序清单(含注释)、实验结果、实验中出现的问题；2.4观察到的现象的解释和说明，以及实验体会。三、 实验内容：3.1进程的创建 ：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生显示一个字符：父进程显示字符“a”；子进程分别显示字符“b”和字符“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。 3.2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上出现的现象，并分析原因。如果在程序中使用系统调用lockf()来给每一个进程加锁，可以实现进程

3、之间的互斥，观察并分析出现的现象。 3.3进程的通信：3.3.1软中断通信：编制一段程序，使其实现程序的软中断通信。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：child process1 is killed by parent!child process2 is killed by parent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息然后终止：parent process is killed!在上面的

4、程序中增加语句signal(sigint,sig-ign)和signal(sigquit,sig-ign)，观察执行结果，并分析原因。 3.3.2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分别向管道各些一句话：child 1 is sending a message!child 2 is sending a 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。要求父进程先接收子进程p1发来的消息，然后在接收子进程p2发来的消息。 四、 实验环境：在windows平台上运行 cygwin软件模拟linux环境。

5、五、 实验结果以及结果分析：5.1进程的创建 ：实验所用c语言程序段，见“六、程序清单：6.1进程的创建”。运行cygwin软件，在命令框中键入指令gcc o fork1 fork1.c，即可得到编译文件fork1，然后再在命令框中键入指令./fork1，就可以运行该程序。实验结果截图如下：实验中出现的问题：实验过程中，从所得到的实验结果可以看出，实验结果具有不确定性、随机性，输出的结果既有bca，又有bac，并且两者出现并没有什么规律性。实验结果分析：从进程执行并发来看，输出abc的排列都是有可能的，因为fork()创建进程所需的时间虽然可能多于输出一个字符的时间，但各个进程的时间片的获得却

6、不是一定是顺序的，所以输出abc的排列都是有可能的。5.2进程的控制 ：5.2.1语句输出：实验所用c语言程序段，见 “6.2.1语句输出”。运行cygwin软件，在命令框中键入指令gcc o fork10 fork10.c，即可得到编译文件fork10，然后再在命令框中键入指令./fork10，就可以运行该程序。实验结果截图如下：实验中出现的问题：从所得到的实验结果可以看出，进程1先运行，待到其运行结束后，进程2和父进程通过竞争临界资源运行，两个进程的运行结果差异很大，最好的情况，进程2和父进程都能够完整的运行结束，最坏的情况下，进程2或者父进程只能运行一到两步，不能完全运行，并且，通过实验

7、，当去除程序语句中的回车符时，实验中的三个进程都能够顺利地运行完，只是子进程2和父进程的运行顺序不同，如下图：实验结果分析： 由于进程没有加锁，所以在竞争临界资源的时候，有可能会使得某一个进程进入死等状态而得不到执行；当去除回车符后，每个进程相对独立，可以顺利运行完，但是子进行2和父进程之间还是需要竞争资源，由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断，因此,每个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。5.2.2进程加锁：实验所用c语言程序段，见“6.2.2

8、进程加锁”。运行cygwin软件，在命令框中键入指令gcc o fork3 fork3.c，即可得到编译文件fork3，然后再在命令框中键入指令./fork3，就可以运行该程序。实验结果截图如下：实验中出现的问题：在程序中lockf(1,1,0)是加锁操作，lockf(1,0,0)是解锁操作，当各个进程中的循环输出部分被加锁，各个进程只能互斥进行，所以，在理论上子进程1输出, 子进程2输出, 父进程输出的顺序可能不同，但是每个进程内部的输出过程不会被打断，然而，实际输出中任然会有交叉输出，并且有些进程(进程2或者父进程)的结果输出不完整。实验结果分析：这个实在不知道是什么原因，或许真的像同学说

9、的那样 cygwin软件有问题。5.3进程的通信：5.3.1软中断通信：实验所用c语言程序段，见“6.3.1软中断通信”。运行cygwin软件，在命令框中键入指令gcc o signal_kill1 signal_kill1.c，即可得到编译文件signal_kill1，然后再在命令框中键入指令./ signal_kill1，就可以运行该程序。当子进程中不含有signal(sigint,stop);wait_mark=1;waiting();这3条语句时，实验结果截图如下：当子进程中含有signal(sigint,stop);wait_mark=1;waiting();这3条语句时，实验结果截

10、图如下：实验结果分析：进程的软中断通信是利用函数signal()和kill()来实现的，子进程中的signal()函数通过接收父进程的kill()函数发来的信号来执行输出终止操作。程序中的stop()函数是接受到相应信号后执行的操作，在signal()之后有wait_mark=1;waiting();两条语句，其中前一条语句将wait_mark置1后，第二条语句便会进入一个死循环，直至运行了stop()函数（即接收到相应的信号）。父进程中的signal(sigint,stop)是用来完成按键启动的（ctrl-c键）。由于按ctrl-c是终止进程的指令，会终止掉子进程，如此以来子进程不会运行，只

11、有父进程运行，结果如第一幅图所显示。此时，需要给子进程添加父进程中相同的按键启动指令即signal(sigint,stop);wait_mark=1;waiting();这3条语句。便可实现按键启动，父进程发送终止子进程的信号。结果如第二幅图显示。当增加signal(sigint,sig_ign)语句时，实验结果截图如下：当增加signal(sigquit,sig_ign)语句时，实验结果截图如下：结果分析：signal(sigint,sig_ign)和signal(sigquit,sig_ign)分别为忽略键入信号以及忽略中断信号。在子进程中开始添加signal(sigint,sig_ign

12、)则子进程会忽略键盘中断信号，此时按ctrl-c不会将子进程终止，程序可以正常运行，而在子进程中开始添加signal(sigquit,sig_ign)，则相应的中断信号被忽略。 5.3.2管道通信：实验所用c语言程序段，见“6.3.2管道通信”。运行cygwin软件，在命令框中键入指令gcc o pipe pipe.c，即可得到编译文件signal_kill1，然后再在命令框中键入指令./ signal_kill1，就可以运行该程序。实验结果截图如下：结果分析：本实验利用函数pipe()建立通信管道，两个子进程分别向管道写入信号，父进程读取管道信号再进行显示，管道的写入操作分别加锁实现互斥操作

13、。子进程1先建立，所以第一次读取的管道信号是子进程1发来的，等待子进程1终止后再从管道读取信号，此时的信号是子进程2发来的。由于管道通信的互斥、同步等通信机制，执行结果不会出现随机性。 六、 程序清单：6.1进程的创建：#include main()int p1,p2;while(p1 = fork() = -1);/创建子进程1if(p1=0)putchar(b);/子进程1输出elsewhile(p2 = fork() = -1); /创建子进程2if(p2 = 0)putchar(c); /子进程2输出else putchar(a);/父进程输出6.2进程的控制：6.2.1语句输出：#i

14、nclude main()int p1,p2,i;while(p1 = fork() = -1); /创建子进程1if(p1=0)for(i=1;i=10;i+) printf( the number of child process1 is %d,i); /子进程1输出elsewhile(p2 = fork() = -1); /创建子进程2if(p2 = 0) for(i=1;i=10;i+) printf( the number of child process2 is %d,i); /子进程2输出 else for(i=1;i=10;i+) printf( the number of p

15、arent process is %d,i); /父进程输出 6.2.2进程加锁：#include main()int p1,p2,i;while(p1 = fork() = -1);if(p1=0) lockf(1,1,0); /加锁for(i=0;i100;i+)fprintf(stderr, son %dn,i);/子进程1输出lockf(1,0,0);/解锁elsewhile(p2 = fork() = -1);if(p2 = 0)lockf(1,1,0);/加锁for(i=0;i100;i+)fprintf(stderr, daughter %dn,i);/子进程2输出lockf(1

16、,0,0);/解锁else lockf(1,1,0);/加锁for(i=0;i100;i+)fprintf(stderr, parent %dn,i);/父进程输出lockf(1,0,0);/解锁6.3进程的通信：6.3.1软中断通信#include #include #include #include volatile int wait_mark;void waiting()/定义子函数waiting()while(wait_mark!=0);void stop()/定义子函数stop()wait_mark=0; main()int p1,p2,i;while(p1 = fork() = -

17、1);if(p10)while(p2 = fork() = -1);if(p20)signal(sigint,stop); /接受键盘中断（按ctrl-c键）, 转stopwait_mark=1;waiting();/若无按键将等待sleep( 1 ); /休眠，保证子进程先运行，且会就收信号kill(p1,sigusr1); /向子进程1发送信号sleep( 1 ); /休眠kill(p2,sigusr2); /向子进程2发送信号wait(0); /等待子进程结束，同步wait(0); /等待子进程结束，同步printf(parent process is killed!n);exit(0)

18、; /退出进程else signal(sigint,stop); /接受键盘中断（按ctrl-c键），转stopwait_mark=1;waiting(); /若无按键将等待signal(sigusr2,stop); /接收父进程发送的信号wait_mark=1;waiting(); /死循环，直至父进程发送信号lockf(1,1,0);printf(child process 2 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0); /进程终止else signal(sigint,stop);wait_mark=1;waiting();signal(sig

19、usr1,stop);wait_mark=1;waiting();lockf(1,1,0);printf(child process 1 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0);当增加signal(sigint,sig_ign) 语句和signal(sigquit,sig_ign)语句时：#include #include #include #include volatile int wait_mark;void waiting()while(wait_mark!=0);void stop()wait_mark=0; main()int p1,p

20、2,i;while(p1 = fork() = -1);if(p10)while(p2 = fork() = -1);if(p20)wait_mark=1;signal(sigint,stop); /接收到信号，转stop/wait_mark=1;waiting();sleep( 1 ); /休眠，保证子进程先运行，且会就收信号kill(p1,sigusr1); /向子进程1发送信号sleep( 1 ); /休眠kill(p2,sigusr2); /向子进程2发送信号wait(0); /等待子进程结束，同步wait(0); /等待子进程结束，同步printf(parent process is

21、 killed!n);/输出exit(0);else /signal(sigint,sig_ign);signal(sigquit,sig_ign);signal(sigusr2,stop); /接收父进程发送的信号wait_mark=1;waiting(); /死循环，直至父进程发送信号lockf(1,1,0);printf(child process 2 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0); /进程终止else /signal(sigint,sig_ign);signal(sigquit,sig_ign);signal(sigusr1,s

22、top); /接收父进程发送的信号wait_mark=1;waiting();/死循环，直至父进程发送信号lockf(1,1,0);printf(child process 1 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0);6.3.2管道通信#include #include #include #include int pid1,pid2; / 定义进程变量 main()int fd2;char outpipe100,inpipe100; / 定义两个字符数组pipe(fd); / 创建管道while(pid1 = fork() = -1); / 如果进程1创建不成功,则空循环 if(pid1=0) / 如果子进程1创建成功,pid1为进程号lockf(fd1,1,0); / 锁定管道sprintf(outpipe,child 1 process is sending message!n);/给outpipe赋值write(fd1,outpipe,50); / 向管道写入数据sleep(5); / 等待读进程读出数据lockf(fd1,0,0); / 解除管道的锁定exit(0); / 结束进程else while(pid2=fork