信号机制实现【2014最新操作系统原理课程设计】

1、* 实践教学实践教学*兰州理工大学兰州理工大学计算机与通信学院2007 年秋季学期操作系统原理操作系统原理课程设计课程设计题 目： 信号机制实现 专业班级： 计通基地班 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： _ 目目 录录摘摘 要要.3正正 文文.61. 设计思想.62. 算法用到的主要数据结构.83. 相关的各模块的伪码算法.94. 调试分析和测试结果.105. 源程序.11总总 结结.14参考文献参考文献.15致致 谢谢.153摘摘 要要操作系统被建立在用户和系统硬件之间，接受用户命令，从而组织硬件完成相应功能，以满足用户要求。进程是操作系统上程序的执行过程。程序通过进程得以执行。然而

2、，程序并不是孤立的，复杂的问题，可以使用不同程序去解决，即不同的进程去协作完成。由此产生了进程通信的概念。信号机制作为进程通信的一个基本方法，在进程通信中占有重要地位。虽然其机制有些陈旧，但在操作系统中仍然起着不可替代的作用,又被称为软中断. 在本程序中，父进程创建两个子进程，再用 kill()向两个子进发出中断信号，子进程 P1 和 P2 接到信号后，用 exit(0)函数正常终止自我进程（向父进程发SIGINT 信号） 。父进程的 wait()函数收到子进程的 SIGINT 信号后，对子进程作适当处理后（资源回收）后返回本进程。因为父进程有两个子进程，所以需要两个 wait()函数来等待子

3、进程的结束。 关关 键键 字字信号，软中断，父进程，子进程，stop()，waiting()，fork()，signal()，exit()4前前 言言1.1.信号的基本概念信号的基本概念 每个信号都对应一个正整数常量(称为 signal number，即信号编号。定义在系统头文件中)，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

4、 版本中又把它称为软中断。 信号与中断的相似点：信号与中断的相似点： （1）采用了相同的异步通信方式； （2）当检测出有信号或中断请求时，都暂停正在执行的程序而转去执行相应的处理程序； （3）都在处理完毕后返回到原来的断点；（4）对信号或中断都可进行屏蔽。信号与中断的区别：信号与中断的区别： （1）中断有优先级，而信号没有优先级，所有的信号都是平等的； （2）信号处理程序是在用户态下运行的，而中断处理程序是在核心态下运行；（3）中断响应是及时的，而信号响应通常都有较大的时间延迟。 信号机制具有以下三方面的功能：信号机制具有以下三方面的功能： （1）发送信号的程序用系统调用 kill( )实现；

5、 （2）接收信号的程序用 signal( )来实现对处理方式的预置； （3）收受信号的进程按事先的规定完成对相应事件的处理。 2 2信号的发送信号的发送 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。进程用 kill( )向一个进程或5一组进程发送一个信号。在本程序中，使用 16 SIGUSR1 用户自定义信号 1 和 17 SIGUSR2 用户自定义信号 2 分别向子进程 1、2 发送信号

6、。即 kill（p1,16）和kill（p2,17） 。3 3对信号的处理对信号的处理 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。对软中断信号的处理分三种情况进行： （1）如果进程收到的软中断是一个已决定要忽略的信号(function=1)，进程不做任何处理便立即返回； （2）进程收到软中断后便退出(function=0);（3）执行用户设置的软中断处理程序。6正正 文文1.1. 设计思想设计思想学生通过该题目的设计过程，可以掌握信

7、号的发送与接收的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。使用系统调用 kill(),wait(),signal(),及 fork()编制一个通过信号完成进程通信，在接受信号后进程完成相应功能的程序。 (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 , 使用信号 ”SIGINT”进行通信。 (2)程序运行产生父进程使用signal()捕捉信号 Ctrl+C(即C) 然后用 kill()向子进程发送 SIGINT 并使用 wait()等待子进程结束，然后打印“parent killed“并退出。 (3)fork()建立两个子进程 ,等待其父进程发来的消息。

8、当遇到SIGINT 信号时 ,则作为结束信号 , 子进程打印 :“child process1 killed by parent并结束退出。 涉及的系统调用:1. kill( )向指定进程发送信号。2. signal( ) 捕捉信号并在捕捉到相应信号后调用函数。3.wait( ) 中断进程执行，等待子进程结束停止等待继续进程的执行。4.fork( ) 创建进程的系统调用。2.2. 算法用到的主要数据结构（采用类算法用到的主要数据结构（采用类 c c 语言定义）语言定义）1、kill( )系统调用格式int kill(pid,sig)参数定义int pid,sig; 其中，pid 是一个或一组进

9、程的标识符，参数 sig 是要发送的软中断信号。 （1）pid0 时，核心将信号发送给进程 pid。 （2）pid=0 时，核心将信号发送给与发送进程同组的所有进程。7 （3）pid=-1 时，核心将信号像广播般传送给系统内所有进程。2、signal( )预置对信号的处理方式，允许调用进程控制软中断信号。系统调用格式signal(sig,function)头文件为#include 参数定义signal(sig,function)int sig;void (*function) ( )函数说明：signal()会依参数 sig 指定的信号编号来设置该信号的处理函数。当指定信号到达时就会跳转到参数

10、 function 指定的函数执行。如果参数function 不是函数指针，则必须是下列两个常数之一：SIG_IGN 忽略参数 sig 指定的信号SIG_DFL 将参数 sig 指定的信号重设为核心预设的信号处理方式。其中 sig 用于指定信号的类型，sig 为 0 则表示没有收到任何信号， 其中SIGINT（值是 02）表示中断，当用户从键盘按c 键或break 键时，则会产生此信号。function：该进程中的一个函数地址，在核心返回用户态时，它以软中断信号的序号作为参数调用该函数，对除了信号 SIGKILL，SIGTRAP 和 SIGPWR 以外的信号，核心自动地重新设置软中断信号处理程

11、序的值为 SIG_DFL，一个进程不能捕获 SIGKILL 信号。function 的解释如下：（1）function=1 时，进程对 sig 类信号不予理睬，亦即屏蔽了该类信号；（2）function=0 时，缺省值，进程在收到 sig 信号后应终止自己；（3）function 为非 0，非 1 类整数时，function 的值即作为信号处理程序的指针。3、wait（ ） 等待子进程运行结束。如果子进程没有完成，父进程一直等待。wait( )将调用进程挂起，直至其子进程因暂停或终止而发来软中断信号为止。如果在wait( )前已有子进程暂停或终止，则调用进程做适当处理后便返回。系统调用格式：i

12、nt wait(status)int *status; 其中，status 是用户空间的地址。它的低 8 位反应子进程状态，为 0 表8示子进程正常结束，非 0 则表示出现了各种各样的问题；高 8 位则带回了 exit( )的返回值。exit( )返回值由系统给出。核心对 wait( )作以下处理：（1）首先查找调用进程是否有子进程，若无，则返回出错码；（2）若找到一处于“僵死状态”的子进程，则将子进程的执行时间加到父进程的执行时间上，并释放子进程的进程表项；（3）若未找到处于“僵死状态”的子进程，则调用进程便在可被中断的优先级上睡眠，等待其子进程发来软中断信号时被唤醒。4、exit（ ）终止

13、进程的执行。系统调用格式： void exit(status) int status; 其中，status 是返回给父进程的一个整数，以备查考。为了及时回收进程所占用的资源并减少父进程的干预，UNIX/LINUX 利用 exit( )来实现进程的自我终止，通常父进程在创建子进程时，应在进程的末尾安排一条 exit( )，使子进程自我终止。exit(0)表示进程正常终止，exit(1)表示进程运行有错，异常终止。 如果调用进程在执行 exit( )时，其父进程正在等待它的终止，则父进程可立即得到其返回的整数。核心须为 exit( )完成以下操作：（1）关闭软中断（2）回收资源（3）写记帐信息（4

14、）置进程为“僵死状态”5、lockf（ ）用作锁定文件的某些段或整个文件。系统调用格式： int lockf(feles,function,size) int files,function; long size;其中，files 是文件描述符；function 是锁定和解锁，1 表示锁定，0 表示解锁；size 是锁定和解锁的字节数，若用 0，表示从文件的当前位置到文件尾。6、fork()函数用于创建一个新进程（子进程） 。其调用格式为： Int fork( );其中返回 int 取值意义如下：正确返回：等于 0，创建子进程，从子进程返回 ID 值。9错误返回：等于-1，创建失败。3.3. 相

15、关的各模块的伪码算法相关的各模块的伪码算法1）创建子进程 1 和 2 并它们接受软中断信号main()int p1,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(p1,02); /*向 p1 发软中断信号 02*/ kill(p2,02); /*向 p2 发软中断信号 02*/ wait(0); /*等待子进程 1 结束的信号*/wait(0); /*等待子进程 2 结束的信号*/printf(paren

16、t process is killed!n);exit(0); /*父进程结束*/elsewait_mark=1;signal(SIGINT,stop); /*等待进程 2 被杀死的中断号 02*/waiting();lockf(1,0,0);printf(child process2 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);10exit(0);elsewait_mark=1;signal(SIGINT,stop); /*等待进程 1 被杀死的中断号 02*/waiting(); lockf(1,0,0);printf(child process1 is kil

17、led by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0);2）定义 waiting()函数 void waiting() while(wait_matk!=0);3)定义 stop()函数 void stop( ) while(wait_mark=0);4.调试分析调试分析和测试结果和测试结果11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! parent process is kille

18、d!5 5、源程序（带注释）：、源程序（带注释）：4. #include 5. #include 6. #include 7. #include 8. int waite; 9. void stop()10. 11. waite=0; 12. 13. static void waiting()14. 1215. while(waite=1); 16. 17. main()18. 19. int p1,p2; 20. while(p1=fork()=-1); /*创建子进程 p1*/21. if(p10)22. 23. printf(Child 1 is create !n); 24. whil

19、e(p2=fork()=-1); /*创建子进程 p2*/25. if(p20)26. 27. printf(Child 2 is create !n); 28. printf(Please press ctrl+Cn); 29. waite=1; 30. signal(SIGINT,stop); /*接收到c 信号转 stop*/31. waiting(); 32. kill(p1,16); /*向 p1 发软中断信号 16*/33. kill(p2,17); /*向 p2 发软中断信号 17*/34. wait(0); /*同步*/35. wait(0); /*同步*/36. printf

20、(nParent process is killed !n); 1337. exit(0); 38. 39. else40. 41. waite=1; 42. signal(SIGINT,stop); 43. waiting(); 44. printf(nChild process2 is killed by parent !n); 45. exit(0); 46. 47. 48. else49. 50. waite=1; 51. signal(SIGINT,stop); 52. waiting(); 53. printf(nChild process1 is killed by parent !n); 54. exit(0); 55. 56. 14总总 结结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.在这两周的操作系统课程设计中, 我感受很深，使我明白只有彻底掌握知识才能把理论和知识牢固结合起来。由于以前没有接触过 UNIX/LINUX，也不知道如何使用 vi 编辑器，所以在调程序的时候翻阅了大量的资料。虽然很辛苦，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计我懂得了理论与实际相结合