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文档简介

1、江苏大学计算机学院课程设计报告江苏大学计算机学院课程设计报告课程名称操作系统课程设计实验学期2010至2011学年.第 1学期学生姓名周勇专业班级计算机0801学 号学80602049指导教师詹永照开课系计算机科学系操作系统课程组制操作系统课程设计报告实验题目:Linux系统管理实践与 设计时间:2010-12-27 至进程控制、进程通信实现2011-01-02一、实验目的与要求1、 掌握基本的同步与互斥算法。2、 学习使用Linux中基本的同步对象,掌握相关函数的使用方法。3、 了解Linux中多进程的并发执行机制,实现进程的同步与互斥。4、 查阅相关资料。5、 熟悉各种命令、系统调用与实用

2、程序。6、 按给定功能设计相关程序。7、 撰写课程设计报告。二、实验内容桌上有一只盘子,盘子只能放5只水果,每次只能放一只水果或取出一只水果。爸爸专放苹果,妈妈专放橘子,儿子专等吃盘子中的橘子,女儿专等吃盘子 中的苹果。分别用P, V操作实现他们的协作行为。三、实验设备与环境实验设备:虚拟机运行平台:Linux语言:c四、 设计正文(包括分析与设计思路、各模块流程图以及带注释的主要算法源码)设计思路:设计4个进程,分别是父亲进程,母亲进程,儿子进程, 女儿进程。设置一个缓冲区,用来放水果,长度为5.所以设置一个公有信号量 mutex ,以限制他们对缓冲区的放和取,初值为1.另外设置私有信号 S

3、2,S1.以控制儿子是否可以取橘子吃,女儿是否可以取苹果吃。初值 都为0.还要设置一个信号量empty ,控制父亲跟母亲之间的同步, 初值为5。表示现在缓冲区有5个空位可以放。各模块流程图:将进程插入到等待信号量 mutex的进程队列中。并且阻 塞该进程。n-1儿子吃一个橘子执行 V(semid_mutex),允许父母放水果,女儿取苹果。带注释的主要算法源码:I.Conntrol.c#include <sys/types.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/ipc.h>#inc

4、lude <sys/shm.h>#include <sys/sem.h>#include <errno.h>#include <string.h>#define SHMKEY 9075 /*共享存储区的键*/#define SEMKEY_EMPTY 9085#define SEMKEY_S1 9086#define SEMKEY_S2 9087#define SEMKEY_MUTEX 9088* 信号量数组的键 */#define BUFF_LEN 5 /*缓冲区可以存放个水果 */#define FRUIT_LEN 12 /*水果用字符串代替*

5、/void set_sembuf_struct( struct sembuf *sem, int semnum, int semop, int semflg)/*设置信号量结构*/sem->sem_num=semnum;sem->sem_op=semop;sem->sem_flg=semflg;main()char *addr, end;int shmid;unsigned char in;int semid_empty, semid_s1,semid_s2, semid_mutex; /*信号量id*/struct sembuf sem_tmp;/*开辟共享存储区*/if

6、(shmid = shmget(SHMKEY, BUFF_LEN * FRUIT_LEN, 0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL) = -1) if (errno = EEXIST)printf("The Buffer Has Existed!n");printf( "Do You Want To Delete The Buffer(Y = yes)?n=:");scanf("%c”, &end);if (end = 'y' | end ='Y')/*共享存储区、信号量并不随程序的结束而被删除,

7、如果我们没删除的话,可以用ipcs命令查看,用ipcrm删除*/*释放缓冲区*/shmid = shmget(SHMKEY, BUFF_LEN * FRUIT_LEN, 0777);if (shmctl(shmid,IPC_RMID,0) < 0)perror( "shmctl:");/*同时释放信号量*/semid_mutex = semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);semid_empty = semget(SEMKEY_EMPTY,1,0777);semid_s1 = semget(SEMKEY_S1,1,0777);semid_s2 = se

8、mget(SEMKEY_S2,1,0777);semctl(semid_mutex,0,IPC_RMID);semctl(semid_empty,0,IPC_RMID);semctl(semid_s1,0,IPC_RMID);semctl(semid_s2,0,IPC_RMID);elseprintf( "Fail To Create Buffer!n" );return -1;addr = ( char *)shmat(shmid, 0, 0);/* 连接缓冲区 */memset(addr, 0, BUFF_LEN * FRUIT_LEN);shmdt(addr); /*

9、 离开缓冲区 */*创建信号量:1个用于对缓冲区互斥,3个用于父亲、母亲、儿子、女儿同步 */if (semid_mutex = semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if (errno = EEXIST)printf("The SEMKEY_MUTEX Has Existed!n");elseprintf("Fail To Create SEMKEY_MUTEX!n");return -1;if (semid_s1 = semget(SEMKEY_S1,1, 0777|IPC_CREAT|I

10、PC_EXCL)=-1)if (errno = EEXIST)printf( "The SEMKEY_S1 Has Existed!n"); elseprintf( "Fail To Create SEMKEY_S1!n" );return -1;if (semid_s2 = semget(SEMKEY_S2,1, 0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if (errno = EEXIST)printf( "The SEMKEY_S2 Has Existed!n"); elseprintf( "Fail T

11、o Create SEMKEY_S2!n" );return -1;if (semid_empty = semget(SEMKEY_EMPTY,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1) if (errno = EEXIST)printf("The SEM_EMPTY Has Existed!n");elseprintf("Fail To Create SEM_EMPTY!n");return -1;/*给信号量赋初值*/set_sembuf_struct(&sem_tmp, 0, BUFF_LEN, 0); /*BU

12、FF_LEN*/ semop(semid_empty, &sem_tmp,1);set_sembuf_struct(&sem_tmp, 0, 0, 0);/*0*/semop(semid_s1, &sem_tmp,1);set_sembuf_struct(&sem_tmp, 0, 0, 0);/*0*/semop(semid_s2, &sem_tmp,1);set_sembuf_struct(&sem_tmp, 0, 1,0);/*1*/semop(semid_mutex, &sem_tmp,1);return 0;2.Father.c/

13、*下面的p,v是对系统调用的简单封装 */int P( int semid)struct sembuf p_buf;p_buf.sem_num = 0;p_buf.sem_op = -1;p_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &p_buf, 1)=-1) /*semop参见课件 ppt*/ perror ( "p (semid) falsed" ); exit (1); elsereturn (0);int V( int semid)struct sembuf v_buf; /*struct sembuf参见课件 ppt*/v_buf

14、.sem_num = 0;v_buf.sem_op = 1;v_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &v_buf, 1)=-1) perror (" v (semid) failed" );exit (1); elsereturn (0);main()char *p_buffer; /*共享存储区地址*/unsigned char in; /*生产者存放产品的指针:它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/int shmid; /*共享存储区id*/int semid_empty, semid_s1,semid_s2, semid_mutex

15、; /*信号量集合id*/shmid = shmget(SHMKEY, BUFF_LEN *FRUIT_LEN, 0777);/* 连接共享存储区:2 存放 in,out 的值 */p_buffer = ( char *)shmat(shmid, 0, 0);/* 取共享存储区地址 */semid_mutex = semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/* 获取全局信号量 id*/semid_empty = semget(SEMKEY_EMPTY,1,0777);semid_s1 = semget(SEMKEY_S1,1,0777);semid_s2 = semget(SEM

16、KEY_S2,1,0777);/*进入临界区*/P(semid_empty); /*对私有信号量作嗨作*/P(semid_mutex); /*对公有信号量作嗨作*/*二者顺序不能换*/in = ( unsignedchar )(*p_buffer);int j=0;for (j=0;j<5;j+)if (*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)!="apple" )&&(*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)!="orange" )printf("father put a apple!n&

17、quot;);"apple"*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)=break;in = (in + 1) % BUFF_LEN;shmdt(p_buffer); /* 离开缓冲区 */*离开临界区*/V(semid_s1);V(semid_mutex);3.Mother.c/*下面的p,v是对系统调用的简单封装 */ int P( int semid)struct sembuf p_buf;p_buf.sem_num = 0;p_buf.sem_op = -1;p_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &p_buf,

18、1)=-1)/*semop参见课件 ppt*/perror ( "p (semid) falsed" );exit (1); elsereturn (0);int V( int semid) struct sembuf v_buf; /*struct sembuf 参见课件 ppt*/v_buf.sem_num = 0;v_buf.sem_op = 1;v_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &v buf, 1)=-1)perror (" v (semid) failed" );exit (1);elsereturn

19、 (0);main()char *p_buffer; /*共享存储区地址*/unsigned char in; /*生产者存放产品的指针:它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/int shmid; /*共享存储区id*/int semid_empty, semid_s1,semid_s2, semid_mutex; /*信号量集合id*/shmid = shmget(SHMKEY, BUFF_LEN * FRUIT_LEN, 0777);/* 连接共享存储区:2 存放 in,out 的值 */p_buffer = ( char *)shmat(shmid, 0, 0);/* 取共享存储区地址 *

20、/semid_mutex = semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/* 获取全局信号量 id*/semid_empty = semget(SEMKEY_EMPTY,1,0777);semid_s1 = semget(SEMKEY_S1,1,0777);semid_s2 = semget(SEMKEY_S2,1,0777);/*进入临界区*/P(semid_empty); /*对私有信号量作嗨作*/P(semid_mutex); /*对公有信号量作嗨作*/*二者顺序不能换*/in = ( unsigned char )(*p_buffer);int j=0;for (j=0;

21、j<5;j+)if (*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)!= "apple" )&&(*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)!= "orange" ) printf( "mother put a orange!n" );*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)="orange"break;in = (in + 1) % BUFF_LEN;shmdt(p_buffer); /* 离开缓冲区 */*离开临界区*/V(semid_s2);V(s

22、emid_mutex);4.Son.c/*下面的P,V是对系统调用的简单封装 */int P( int semid)struct sembuf p_buf;p_buf.sem_num = 0;p_buf.sem_op = -1;p_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &p_buf, 1)=-1)/*semop参见课件 ppt*/perror ( "p (semid) falsed" );exit (1);elsereturn (0);int V( int semid)struct sembuf v_buf; /*struct sembu

23、f参见课件 ppt*/v_buf.sem_num = 0;v_buf.sem_op = 1;v_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &v_buf, 1)=-1)perror (" v (semid) failed" );exit (1);elsereturn (0);main()char *p_buffer; /*共享存储区地址*/unsigned char in; /*生产者存放产品的指针:它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/int shmid; /*共享存储区id*/int semid_empty, semid_s1,semid_s

24、2, semid_mutex; /*信号量集合id*/shmid = shmget(SHMKEY, BUFF_LEN * FRUIT_LEN, 0777);/* 连接共享存储区:2 存放 in,out 的值 */p_buffer = ( char *)shmat(shmid, 0, 0);/* 取共享存储区地址 */semid_mutex = semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/* 获取全局信号量 id*/semid_empty = semget(SEMKEY_EMPTY,1,0777);semid s1 = semget(SEMKEY S1,1,0777);semid_

25、s2 = semget(SEMKEY_S2,1,0777);/*进入临界区*/P(semid_s2); /*对私有信号量作P操作*/P(semid_mutex); /*对公有信号量作嗨作*/*二者顺序不能换*/in = ( unsigned char )(*p_buffer);int j=0;printf( "son get a orange!n" );for (j=0;j<5;j+)if (*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)= "orange" )*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)='0 ;br

26、eak;in = (in + 1) % BUFF_LEN;shmdt(p_buffer); /* 离开缓冲区 */*离开临界区*/V(semid_empty);V(semid_mutex);5.Daughter.c/*下面的p,v是对系统调用的简单封装 */ int P( int semid)struct sembuf p_buf;p_buf.sem_num = 0;p_buf.sem_op = -1;p_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &p_buf, 1)=-1)/*semop参见课件 ppt*/perror ( "p (semid) fa

27、lsed" );exit (1); else return (0);int V( int semid) struct sembuf v_buf; /*struct sembuf 参见课件 ppt*/v buf.sem num = 0;v_buf.sem_op = 1;v_buf.sem_flg = 0;if (semop(semid, &v_buf, 1)=-1)perror (" v (semid) failed" );exit (1);elsereturn (0);main()char *p_buffer; /*共享存储区地址*/unsigned ch

28、ar in; /*生产者存放产品的指针:它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/int shmid; /*共享存储区id*/int semid_empty, semid_s1,semid_s2, semid_mutex; /*信号量集合id*/shmid = shmget(SHMKEY, BUFF_LEN * FRUIT_LEN, 0777);/* 连接共享存储区:2 存放 in,out 的值 */p_buffer = ( char *)shmat(shmid, 0, 0);/* 取共享存储区地址 */semid_mutex = semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/* 获取全

29、局信号量 id*/semid_empty = semget(SEMKEY_EMPTY,1,0777);semid_s1 = semget(SEMKEY_S1,1,0777);semid_s2 = semget(SEMKEY_S2,1,0777);/*进入临界区*/P(semid_s1); /*对私有信号量作P操作*/P(semid_mutex); /*对公有信号量作嗨作*/*二者顺序不能换*/in = ( unsigned char )(*p_buffer);int j=0;printf( "daughter get a apple!n" );for (j=0;j<5

30、;j+)if (*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)= "apple")*(p_buffer + in * FRUIT_LEN)='0'break;in = (in + 1) % BUFF_LEN;shmdt(p_buffer); /* 离开缓冲区 */*离开临界区*/V(semid_empty);V(semid_mutex);五、实验结果及分析放入了 5个水果,在执行父亲进程,则该进程被阻塞pu 1 an o ng 醒! j uo itwiijca I ho s t pu t an o ra ne!rcQi locij ihus t p

31、ut an o rungc !:roGtJocji I boit pul an orange!rootlQca thoit pu I ait upp 也!rnnl'lacja Ihos t put an pp Ie!roollocaIhos t1k-u she). /mke shejfr . /inkt1 shclfr . / inUshel* Jke shej- . / fkeshe# ,/f此时执行儿子进程,吃掉一个橘子,缓冲区空位增 1 ,唤醒了等rooLlocalho tReshe JS,/mput j n orjngc! rauIhoi tke 号he#./mput 3n o

32、r anjje ! ronilDcallwitk呼阜h。 K,/mput xn ur jne ! rum 初口ra Iho s tkt? she #Jfput 3n app1e!rooilDcallkoitkptheKVfput nn uppl。!too Hjfloca Iho s tku? zhe 月put an app 1 e ! rooilDcalhoi tkeRheta【an o range !root hjlnia Ihout kcshe 1 c-a t an orange Jroo L doca lho;t I k-e 5he 1 Jt ea t an orangp!root Io

33、cj IhiH i k she# t mi orjugeJI ruo L d f)ca Iho l kEsticJ*待中的父亲进程,此时父亲可以放入一个橘子此时橘子被吃完,再执行儿子进程,则被阻塞roatloca Ibos L le sheA ea t a n DTEiiif !I rooi Inca 1 keshe-i cal j» oth】曲!I r oot lufu Ihos e k<? th?l es i an DTanjje !IrootlocaIhosI kfshel#执行一次母亲进程,放入一个橘子,来唤醒儿子进程,此时刚才的儿 子进程执行,吃掉一个橘子。1,a j

34、 - n. >« ri* i-r n-a r- i (rou L iluca lhu* t pul an 口rang史! root loca Eho s tpul an orange!tool :|1)l()c:h Iho s t pul an ornfigeII rou L :luca Ihu s t pu L an crangc1 rnot loca the s tke J在ke shejjtkt? the Iff./tn_ f 工 n a as a - u -rou l<'luca Ihum t eat an orange!roo i i'll oc

35、a I ho s t e-a t an orange!roo Ihos t cj t un oi jjic !TOO t$l oc>Ihos te3 t an orange !rao t loca Ihos tke !ihe #ke d h£ 8缓冲区满,执行母亲进程,被阻塞ron |-!ii|cea Jkn s t pii t oil jpp I c !rod l'lcca Itio s I pu i an orange J roallocaIho s t版 qli&H , /-c kt?g* ./(keshe( ,/fko he 5 .kc* she Jrn

36、 put oil orange 1roi* I 如lufH Iku e L ko 5ihr 3. J inpu1 an oranger<*(jrlccaJtiosi ku3hr】* ,/m执行儿子进程,吃掉一个橘子,此时唤醒刚才的母亲进程,放入一个橘子 jU !ti Md 1 1 j u uc t9 l r j 1 j 1./ i hi . j er J * tv e >1 :-:y文件旧涮隼E> S<V) 终端切立1 rocl®lcca Ihosl ke shefl . / cI rool'jaca Ihos l rao t # cdl /Iiojt

37、eroollncaIhosi keshet Jf| ronlluca thos 1 hniif fl cd shengput an appIe 1roatloca 1 tios 1 shengj# cd ke sheroc lIoca Jhos t keshr 1# JirGQtJocallwst kshe./$put an jpple!ca( an orange truol,LocaItiusl k士北电占./inroQtlacaltws kcshel#put ail urdJie !roo llcca Ihos l ke 5hefl Jmput wn orange!roa i-laca I

38、hos I ke she 1 fl Jrnput 3n orange!ron lloea Ihojn kcsheJt */mput an orange!(rouIhus L ke sh«M 口女儿吃完了苹果,在执行女儿进程,则被阻塞ea I Jit appIf roa t JL'icca 1 tioi I ke stie #d i an appIe!root Jhos; i keshe 1 Jt ./d ea L dlt app I e !I roo t ?-'! vca I tios i ke btie R .,d ea I ait app If!rao t Itiosi i kc s tic U ./d执行父亲进程,增加一个苹果,唤醒刚才等待中的女儿进程,女儿吃掉一个苹果pul an orangel| I :?! L "Eoi-J I hi) s tpit I an a pp le!f rcja t Aloca IhQs i ke J fput 3m afpIe!rootloca Ibosi kejhe# Jf pti I _tji a pp le J( foo t Inca Ihfis i ke shelpu I an a

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