江苏大学操作系统课程设计：Linux系统管理实践与进程通信实现

操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现班 级 网络10学 号 31006100姓 名 YHD指导老师詹永照二零一三年一月八号一、 设计内容1、 Linux系统的熟悉与常用操作命令的掌握。2、 Linux环境下进程通信的实现。（实现父母子女放水果吃水果的同步互斥问题，爸爸放苹果，女儿专等吃苹果，妈妈放橘子，儿子专等吃橘子，盘子即为缓冲区，大小为5。）二、 Linux环境介绍1、 Linux的由来与发展Linux是一种可以在PC机上执行的类似UNIX的操作系统，是一个完全免费的操作系统。1991年，芬兰学生LinuxTorvalds开发了这个操作系统的核心部分，因为是Linux改良的minix系统，故称之为Linux。2、 Linux的优点（1） Linux具备UNIX系统的全部优点Linux是一套PC版的UNIX系统，相对于Windows是一个十分稳定的系统，安全性好。（2） 良好的网络环境Linux与UNIX一样，是以网络环境为基础的操作系统，具备完整的网络功能，提供在Internet或Intranet的邮件，FTP，www等各种服务。（3） 免费的资源Linux免费的资源和公开的源代码方便了对操作系统的深入了解，给编程爱好者提供更大的发挥空间。3、 Linux的特点1） 全面的多任务，多用户和真正的32位操作系统2） 支持多种硬件，多种硬件平台3） 对应用程序使用的内存进行保护4） 按需取盘5） 共享内存页面6） 使用分页技术的虚拟内存7） 优秀的磁盘缓冲调度功能8） 动态链接共享库9） 支持伪终端设备10） 支持多个虚拟控制台11） 支持多种CPU12） 支持数字协处理器387的软件模拟13） 支持多种文件系统14） 支持POSIX的任务控制15） 软件移植性好16） 与其它UNIX系统的兼容性17） 强大的网络功能三、常用命令介绍1、目录操作和DOS相似，Linux采用树型目录管理结构，由根目录（/）开始一层层将子目录建下去，各子目录以/隔开。用户login后，工作目录的位置称为homedirectory，由系统管理员设定。‘~’符号代表自己的homedirectory，例如~/myfile是指自己home目录下myfile这个文件。Linux的通配符有三种：’*’和’？’用法与DOS相同，'-'代表区间内的任一字符，如test[0-5]即代表test0，test1， ，test5的集合。（1）显示目录文件 ls执行格式:ls[-atFlgR][name] （name可为文件或目录名称）例：ls显示出当前目录下的文件ls-a显示出包含隐藏文件的所有文件ls-t按照文件最后修改时间显示文件ls-F显示出当前目录下的文件及其类型ls-l显示目录下所有文件的许可权、拥有者、文件大小、修改时间及名称ls-lg同上ls-R显示出该目录及其子目录下的文件注:ls与其它命令搭配使用可以生出很多技巧（最简单的如〃ls-l|more"），更多用法请输入囱--help查看，其它命令的更多用法请输入命令名--help

查看。（2）建新目录mkdir执行格式：mkdirdirectory-name例：mkdirdirl （新建一名为dirl的目录）（3）删除目录rmdir执行格式： rmdir例：rmdirdirl删除目录dirl，但它必须是空目录，否则无法删除rm-rdirl删除目录dirl及其下所有文件及子目录rm-rfdirl不管是否空目录，统统删除，而且不给出提示，使用（4）改变工作目录位置时要小心cd执行格式： cd[name]例：cd改变目录位置全用户login时的workingdirectorycddirl改变目录位置，至dir1目录cd~user改变目录位置，全用户的workingdirectory执行格式： rmdir例：rmdirdirl删除目录dirl，但它必须是空目录，否则无法删除rm-rdirl删除目录dirl及其下所有文件及子目录rm-rfdirl不管是否空目录，统统删除，而且不给出提示，使用（4）改变工作目录位置时要小心cd执行格式： cd[name]例：cd改变目录位置全用户login时的workingdirectorycddirl改变目录位置，至dir1目录cd~user改变目录位置，全用户的workingdirectorycd改变目录位置，至当前目录的上层目录cd/user改变目录位置，至上一级目录下的user目录cd/dir-name1/dir-name2改变目录位置，至绝对路径（Fullpath）cd（5）显示当前所在目录回到进入当前目录前的上一个目录pwd执行格式： pwd（6）查看目录大小du执行格式：du[-s]directory例：dudirl显示目录执行格式：du[-s]directory例：dudirl显示目录dirl及其子目录容量（以kb为单位）du-sdirl显示目录dirl的总容量（7）显示环境变量echo$HOME显示家目录echo$HOME显示家目录echo$PATH显示可执行文件搜索路径echo$PATH显示可执行文件搜索路径env显示所有环境变量（可能很多，最好用"env|more”,"env|grepenvPATH〃等）（8）修改环境变量，在bash下用export,如：exportPATH=$PATH:/usr/local/bin想知道export的具体用法，可以用shell的help命令：helpexport2、文件操作（1）查看文件（可以是二进制的）内容 cat执行格式：catfilename或morefilename或catfilename|more例：catfile1 以连续显示方式，查看文件file1的内容morefile1或catfile1|more以分页方式查看文件的内容（2）删除文件rm执行格式：rmfilename例：rm file?rmf*（3）复制文件cp执行格式：cp[-r]sourcedestination例： cpfile1file2将file1复制成file2cpfile1dir1将file1复制到目录dir1cp/tmp/file1将file1复制到当前目录cp/tmp/file1file2将file1复制到当前目录名为file2cp-rdir1dir2（recursivecopy）复制整个目录。（4）移动或更改文件、目录名称 mv执行格式：mvsourcedestination例： mvfile1file2将文件file1,更名为file2mvfile1dir1将文件file1,移到目录dir1下mvdir1dir2（5）比较文件（可以是二进制的）或目录的内容 diff执行格式：diff[-r]name1name2（name1、name2同为文件或目录）例：difffile1file2 比较file1与file2的不同处diff-rdir1dir2比较dir1与dir2的不同处（6） 文件中字符串的查找grep

执行格式:grepstringfile执行格式:grepstringfile例：grepabcfilel 查找并列出串abc所在的整行文字文件或命令的路径寻找执行格式一：whereiscommand显示命令的路径执行格式二：whichcommand 显示路径及使用者所定义的别名执行格式三：whatiscommand显示命令的功能摘要执行格式四：findsearch-path-namefilename-print搜寻指定路径下某文件的路径执行格式五：locatefilename根据系统预先生成的文件/目录数据库(/var/lib/slocate/slocate.db)查找匹配的文件/目录,查找速度很快，如果有刚进行的文件改变而系统未到执行定时更新数据库的时间,可以打入updatedb命令手动更新。建立文件或目录的链接 ln例：lnsourcetarget1建立source文件(已存在)的硬链接,命名为target1ln-ssourcetarget2建立source文件的符号链接，命名为target2以下是几个常用命令操作的截图：

四、设计思想当计算机中两个或多个进程在执行时需要使用公用缓冲区，并且对该缓冲区采取了互斥措施。这时如果并发执行这些进程就会造成CPU的极大浪费，这是操作系统设计要求不允许的。而这种现象在操作系统和用户进程中大量存在。因此为了解决这一问题，提出了同步的概念，即把异步环境下的一组并发进程，因直接制约而互相发送消息、互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。在本次设计中，爸爸与妈妈、儿子与女儿的进程操作是互斥的，但是爸爸与女儿、妈妈与儿子进程之间的操作是同步的。因此要利用进程同步的方法来实现这几者之间的操作，当然其中也包含着互斥进程，因为盘子每次只能放入或取出一个水果。程序设计中有如下四个进程：father()，mother()，daughter。，son()。五、数据结构1、 信号量semid_mutex作为进程的公有信号量，其初始值为1,可以实现进程间的互斥，同时可以表示当前状态下盘子里可以放几个水果，实现进程间的同步。2、 信号量semid_full1为进程father()与daughter。的私有信号量，初值为0，表示当前盘子里苹果的数目。3、 信号量semid_full2为进程mother()与son()的私有信号量，初值为0，表示当前盘子里橘子的数目。六、设计流程爸爸放苹果流程图：妈妈放橘子流程图:儿子吃橘子流程图:女儿吃苹果流程图:七、源代码#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<time.h>#include<sys/wait.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include<sys/sem.h>#include<errno.h>#include<signal.h>#include<string.h>#defineSHMKEY9090/*共享存储区的键*/#defineSEMKEY_EMPTY9091#defineSEMKEY_MUTEX9092#defineSEMKEY_FULL19093#defineSEMKEY_FULL29094/*信号量数组的键*//*注意:上面的键在系统中必须唯一*/#defineBUFF_LEN早*缓冲区可以存放10个产品*/#definePRODUCT_LEN1/*每个产品是一个字符串:<=32字符*/voidset_sembuf_struct(structsembuf*sem,intsemnum,intsemop,intsemflg)/*设置信号量结构*/sem->sem_num=semnum;sem->sem_op=semop;sem->sem_flg=semflg;}intbegin(){char*addr,end;intshmid;intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;structsembufsem_tmp;/*开辟共享存储区*/if((shmid=shmget(SHMKEYBUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){if(errno==EEXIST){printf("TheBufferHasExisted!\n");printf("DoYouWantToDeleteTheBuffer(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(SHMKEYBUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3,0777);if(shmctl(shmid,IPC_RMID,0)<0)perror("shmctl:falsed");/*同时释放信号量*/semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*获取全局信号量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);semid_full1=semget(SEMKEY_FULL1,1,0777);semid_full2=semget(SEMKEY_FULL2,1,0777);semctl(semid_mutex,0,IPC_RMID);semctl(semid_empty,0,IPC_RMID);semctl(semid_full1,0,IPC_RMID);semctl(semid_full2,0,IPC_RMID);}}elseprintf("FailToCreateBuffer!\n");return-1;}addr=(char*)shmat(shmid,0,0);/*连接缓冲区*/memset(addr,0,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3); 〃初始化存储区为0shmdt(addr);/*离开缓冲区*//*创建3个信号量:1个用于对缓冲区互斥,2个用于生产者、消费者同步*/if((semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){if(errno==EEXIST)printf("TheSEMKEY_MUTEXHasExisted!\n");elseprintf("FailToCreateSEMKEY_MUTEX!\n");return-1;}if((semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){if(errno==EEXIST)printf("TheSEMKEY_EMPTYHasExisted!\n");elseprintf("FailToCreateSEMKEY_EMPTY!\n");return-1;}if((semid_full1=semget(SEMKEY_FULL1,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){if(errno==EEXIST)printf("TheSEM_FULL1HasExisted!\n");elseprintf("FailToCreateSEM_FULL1!\n");return-1;}if((semid_full2=semget(SEMKEY_FULL2,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){if(errno==EEXIST)printf("TheSEM_FULL2HasExisted!\n");elseprintf("FailToCreateSEM_FULL2!\n");return-1;}/*给信号量赋初值*/set_sembuf_struct(&sem_tmp,0,BUFF_LEN,0);/*BUFF_LEN*/semop(semid_empty,&sem_tmp,1);set_sembuf_struct(&sem_tmp,0,0,0);/*0*/semop(semid_full1,&sem_tmp,1);set_sembuf_struct(&sem_tmp,0,0,0);/*0*/semop(semid_full2,&sem_tmp,1);set_sembuf_struct(&sem_tmp,0,1,0);/*1*/semop(semid_mutex,&sem_tmp,1);return0;}/*下面的P,V是对系统调用的简单封装*/intP(intsemid){structsembufp_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);}elsereturn0;}intV(intsemid){structsembufv_buf;/*struct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);}elsereturn0;}intfather()intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/intrc1,rc2,rc3;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*获取全局信号量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);semid_full1=semget(SEMKEY_FULL1,1,0777);semid_full2=semget(SEMKEY_FULL2,1,0777);rc1=semctl(semid_empty,0,GETVAL);rc2=semctl(semid_mutex,0,GETVAL);if(rc1==0){return1; 〃不能放具U等待}if(rc2==0){return1;}P(semid_empty);/*对私有信号量作P操作*/P(semid_mutex);printf("thereis%dplacestoputapples\n",rc1);printf("PUTANAPLLE\n");V(semid_mutex);V(semid_full1);rc3=semctl(semid_full1,0,GETVAL);printf("daughtercanget%dapples\n",rc3);return0;}intmother(){intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/intrc1,rc2,rc3;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*获取全局信号量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);semid_full1=semget(SEMKEY_FULL1,1,0777);semid_full2=semget(SEMKEY_FULL2,1,0777);rc1=semctl(semid_empty,0,GETVAL);rc2=semctl(semid_mutex,0,GETVAL);if(rc1==0){return1;//不能放U等待return1;}elseif(rc2==0){return1;}P(semid_empty);/*对私有信号量作P操作*/P(semid_mutex);printf("thereis%dplacestoputoranges\n",rc1);printf("PUTANORANGE!!!\n");V(semid_mutex);V(semid_full2);rc3=semctl(semid_full2,0,GETVAL);printf("soncanget%doranges\n",rc3);return0;}intson(){intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/intrc1,rc2;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*获取全局信号量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);semid_full1=semget(SEMKEY_FULL1,1,0777);semid_full2=semget(SEMKEY_FULL2,1,0777);rc2=semctl(semid_full1,0,GETVAL);rc1=semctl(semid_full2,0,GETVAL);if(rc1==0){return1; 〃不能放具U等待}P(semid_full2);/*对私有信号量作P操作*/P(semid_mutex);printf("SUM:%dapplesand%doranges\n",rc2,rc1);printf("thereis%dorangestoget\n",rc1);printf("GETANORANGE!!!\n");V(semid_empty);V(semid_mutex);return0;}intdaughter(){intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/intrc1,rc2,rc3;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*获取全局信号量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);semid_full1=semget(SEMKEY_FULL1,1,0777);semid_full2=semget(SEMKEY_FULL2,1,0777);rc2=semctl(semid_full1,0,GETVAL);rc1=semctl(semid_full2,0,GETVAL);if(rc2==0){return1; 〃不能放具U等待}P(semid_full1);P(semid_mutex);printf("SUM:%dapplesand%doranges\n",rc2,rc1);printf("thereis%dapplestoget\n",rc2);printf("GETANAPPLE\n");V(semid_empty);V(semid_mutex);return0;}intmain(){intpid;inti=0,x;begin();pid=fork();if(fork()==0){father();}if(fork()==0){mother();}if(fork()==0){daughter();}if(fork()==0){son();return0;}八、调试与运行首先，利用g++ks.cpp编译一次，若有错误，则根据错误提示对程序进行修改。其次，编译通过后执行./a.out，若原先已有共享缓冲区，则删除原先缓冲区，再创建新的共享缓冲区.，然后再次执行./a.out,观察系统进程调度。运行结果如下:.nyhd^yhd:*yhd^yhd:-*S./a.outTheBufferHasExisted!DoYouwantToDeleteTheBuffer(Y=yes)?p(sentd)falsed:Invalidargunentp(senid)falsed:Invalidargunentyhdgyhd:-$p{semtd}falsed:Invalidargumentp(sentd)falsed:invalidargumentp(semtd)falsed:Invalidargumentp(senld)falsed:Invalidargumentp(semid)falsed：Invalidargumentp(sentd)falsed:Invaltdargumentyhd§yhd:-5.ya.outfather:thereLs5placestoputappletfather:PUTANAPLLEfatheridaughtercanget1applesmother：thereIs4placestoputorangesmother:PUTANORANGEHImother:$ancanget1orangesyhd^yhd:-5daughter:thereIs1applestogetdaughter：GETANAPPLEson:thereis1orangestogetson：GETAMORAFIGEI!1yhd^yhd:-$./a.outfather：thereisSplacestoputapplesfathertPUTANAPLLEfather:daughtercanget1applesmother:therets4placestoputmother:PUTANORANGE111mother:soncanget1orangesyhd@yhd:~$daughterrthereis1daughteryhd^yhd:-$./a.outfather：thereisSplacestoputapplesfathertPUTANAPLLEfather:daughtercanget1applesmother:therets4placestoputmother:PUTANORANGE111mother:soncanget1orangesyhd@yhd:~$daughterrthereis1daughter：CETMAPPLEson:thereis1orangestogetson：CETANORANGEJ!Imother:theretsSplacestoputrtQther：PUTANORANGE!t1nother:sontenget1orangesson:thereis1orangestogetson:CETANORANGEJ!Imother:theretsSplacestoputmother：PUTANQRANCEl!1mot