操作系统报告资料

操作系统实验报告样本1 操作系统实验报告内容(1) 基本信息：完成人姓名、学号、报告日期(2) 实验内容(3) 实验目的(4) 实验题目(5) 设计思路和流程图(6) 主要数据结构及其说明(7) 源程序并附上注释(8) 程序运行时的初值和运行结果(9) 实验体会：实验中遇到的问题及解决过程、实验中产生的错误及原因分析、实验的体会及收获、对做好今后实验提出建设性建议等。实验报告可以书面或电子文档形式提交。2操作系统实验报告样本一、实验内容（1）进程的创建 编写一段源程序，使系统调用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：父进程显示字符“b”;子进程分别显示字符“c”和字符“a”。试观察纪录屏幕上的显示结果，并分析原因。 （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出现的现象，并分析原因。 如果在程序中使用调用lockf()来给每一个子进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。 （3）编写一段程序，使其现实进程的软中断通信。 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 Processll is Killed by Parent! Child Processl2 is Killed by Parent! 父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止 Parent Process is Killed! 在上面的程序中增加语句signal (SIGNAL, SIG-IGN) 和signal (SIGQUIT, SIG-IGN), 观察执行结果，并分析原因。 （4）进程的管道通信 编制一段程序，实现进程的管理通信。 使用系统调用pipe()建立一条管道线；两个子进程P1和P2分别向管道中写一句话： 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，然后再接收子进程P2发来的消息。二、实验目的实验2（1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别（2）进一步认识并发执行的实质（3）分析进程竞争资源现象，学习解决进程互斥的方法。（4）了解Linux系统中进程通信的基本原理。实验3Linux系统的进程通信机构 (IPC) 允许在任意进程间大批量地交换数据。本实验的目的是了解和熟悉Linux支持的消息通讯机制及信息量机制。三、实验题目本实验有六个题目。第一题：进程的创建系统调用fork（）创建两个子进程，当程序运行时，系统中有一个父进程一个子进程和一个孙子进程在活动，使父进程显示b，子进程显示c，孙子进程显示a，来观察进程的执行与并发。开始创建子进程子进程是否创建输出a是创建子进程子进程是否创建否否输出c结束输出b是第二题：进程的控制将上面程序的输出由单个字符改为一句话，使输出parent块，son块和grandchild块，在此基础上再设置另一个程序：在该程序中使用系统调用lockf（）来给每个程序加锁，lockf(1,1,0)锁定标准输出设备，lockf(1,0,0)解锁标准输出设备，在lockf(1,1,0)与lockf(1,0,0)中间的for循环输出不会被中断，实现进程之间的互斥。观察运行结果，从运行结果中可以看出加锁的程序中每个块的输出过程不会被打断，而没有加锁的程序中各块输出被其他块给打断了。未加锁：加锁：开始创建子进程子进程是否创建输出parent是创建子进程子进程是否创建否否输出grandchild结束输出son是第三题：软中断通信 系统调用fork（）创建两个子进程,在调用signal（）让父进程捕捉键盘上来的中断信号，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，输出信息后终止。Kill（p1，16）；Kill（p1,17）；分别向p1和p2发出软中断信号16与17，信号由signal（16，stop）与signal（17，stop）捕捉然后输出相应的信息，终止进程。其中signal（SIGINT,SIG_IGN）能够忽略键信号。第四题：进程的管道通信 使用系统调用pipe（fd）；来创建一个管道。并且对管道加锁，从而形成独占，避免冲突产生。而父进程用之前的wait()函数等待两个子进程执行后再执行。两个子进程p1和p2分别向管道各写一句话，父进程先接收子进程p1发来的消息，然后再接收子进程p2发来的消息。 第五题：消息的创建，发送和接收 使用系统调用msgget( ), megsnd( ), msgrev( )及msgctl()编制一长度为1K的消息发送和接收的程序, 为了便于操作和观察结果，用一个 程序为“引子”，先后fork( )两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。SERVER端建立一个Key为75的消息队列，等待其他进程发来的消息。当遇到类型为1的消息，则作为结束信号，取消该队列，并退出SERVER 。SERVER每接收到一个消息后显示一句“(server)received”。 CLIENT端使用Key为75的消息队列，先后发送类型从10到1的消息，然后退出。最后的一个消息，既是 SERVER端需要的结束信号。CLIENT每发送一条消息后显示一句“(client)sent”。 父进程在 SERVER和 CLIENT均退出后结束。 第六题：共享存储区的创建，附接和断接 用一个 程序为“引子”，先后fork( )两个子进程，SERVER 和 CLIENT，进行通信。SERVER端建立一个KEY为75的共享区,并将第一个字节置为-1.作为数据空的标志.等待其他进程发来的消息.当该字节的值发生变化时,表示收到了该消息,进行处理.然后再次把它的值设为-1.如果遇到的值为0,则视为结束信号,取消该队列,并退出SERVER.SERVER每接收到一次数据后显示”(server)received”. CLIENT端建立一个为75的共享区,当共享取得第一个字节为-1时, Server端空闲,可发送请求. CLIENT 随即填入9到0.期间等待Server端再次空闲.进行完这些操作后, CLIENT 退出. CLIENT每发送一次数据后显示”(client)sent”. 父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束. 四 打印的源程序及附上的注释和运行结果1.进程的创建：代码：#includemain()int p1,p2; if(p1=fork()/获得子进程号，在父进程内。 putchar(b); else/在子进程内 if(p2=fork()/子进程创建成功 putchar(c); else putchar(a);/孙子进程执行 运行结果：分析：从进程执行并发来看，输出abc的排列都是有可能的。原因：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不是一定是顺序的，所以输出abc的排列都是有可能的。2.进程的控制未加锁代码：#includemain()int p1,p2,i;if(p1=fork() for(i=0;i100;i+) printf(parent %dn,i); wait(0);/保证在子进程终止前，父进程不会终止 exit(0);else if(p2=fork() for(i=0;i100;i+) printf(son %dn,i); wait(0);/保证在子进程终止前，父进程不会终止 exit(0); else for(i=0;i100;i+) printf(grandchild %dn,i); exit(0); 运行结果：分析：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。加锁后代码：#include#includemain()int p1,p2,i;if(p1=fork() lockf(1,1,0); for(i=0;i100;i+) printf(child %dn,i); lockf(1,0,0);else if(p2=fork() lockf(1,1,0); for(i=0;i100;i+) printf(son %dn,i); lockf(1,0,0); else lockf(1,1,0); for(i=0;i100;i+) printf(daughter %dn,i); lockf(1,0,0); 运行结果：分析：因为上述程序执行时，lockf(1,1,0)锁定标准输出设备，lockf(1,0,0)解锁标准输出设备，在lockf(1,1,0)与lockf(1,0,0)中间的for循环输出不会被中断，加锁与不加锁效果不相同。3.软中断通信代码：#include#include#include void waiting(),stop();int wait_mark;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(p1,16); /*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(parent process is killed!n);exit(0);elsewait_mark=1;signal(SIGINT,stop);waiting();lockf(1,1,0);printf(child process2 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0);elsewait_mark=1;signal(SIGINT,stop);waiting();lockf(1,1,0);printf(child process1 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0);void waiting()while (wait_mark!=0);void stop()wait_mark=0;分析：不做任何操作等待五秒钟父进程回在子进程县推出后退出，并打印退出的顺序；或者点击ctrl+C后程序退出并打印退出的顺序。代码2：#include#include#includeint pid1,pid2;int EndFlag=0;void IntDelete()/printf(%d,%d/n,pid1,pid2);kill(pid1,16);kill(pid2,17);void Int1()printf(child process 1 is killed !by parentn);exit(0);void Int2()printf(child process 2 is killed !by parentn);exit(0);main()int exitpid;if(pid1=fork()if(pid2=fork()signal(SIGINT,IntDelete);waitpid(-1,&exitpid,0);waitpid(-1,&exitpid,0);printf(parent process is killedn);exit(0);elsesignal(SIGINT,SIG_IGN);signal(17,Int2);pause();elsesignal(SIGINT,SIG_IGN);signal(16,Int1);pause();分析：signal(SIGINT,SIG-IGN)和signal(SIGQUIT,SIG-IGN)的作用是屏蔽从键盘上传来的中断信号，因此子进程可以接收到父进程传来的软中断信号，进而先后打印出来两个子进程和父进程的输出内容。4.进程的管道通信代码：#include #include #include int pid1,pid2; main( ) int fd2;char outpipe100,inpipe100;pipe(fd); /*创建一个管道*/while (pid1=fork( )=-1);if(pid1=0) lockf(fd1,1,0); sprintf(outpipe,child 1 process is sending message!); /*把串放入数组outpipe中*/ write(fd1,outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/ sleep(1); /*自我阻塞5秒*/ lockf(fd1,0,0); exit(0); else while(pid2=fork( )=-1); if(pid2=0) lockf(fd1,1,0); /*互斥*/ sprintf(outpipe,child 2 process is sending message!); write(fd1,outpipe,50); sleep(5); lockf(fd1,0,0); exit(0); else wait(0); /*同步*/ read(fd0,inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/ printf(%sn,inpipe); wait(0); read(fd0,inpipe,50); printf(%sn,inpipe); exit(0); 分析：管道通信通过系统调用pipe()初始化一个二元组为管道，1出0进。父进程先接收子进程p1发来的消息，然后再接收子进程p2发来的消息。5.消息的创建，发送和接收代码：#include #include #include #include #define MSGKEY 75 /*定义关键词MEGKEY*/struct msgform /*消息结构*/long mtype;char mtexe100; /*文本长度*/msg;int msgqid,i;void CLIENT( )int i;msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);/printf(%d,msgqid);for(i=10;i=1;i-) msg.mtype=i; printf(client)sentn); msgsnd(msgqid,&msg,1030,0); /*发送消息msg入msgid消息队列*/exit(0);void SERVER( ) msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); do msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /*从队列msgid接受消息msg*/ printf(server)receiven); while(msg.mtype!=1); /*消息类型为1时，释放队列*/ msgctl(msgqid, IPC_RMID,0); exit(0);main() if(fork()SERVER();wait(0);/wait(0);else CLIENT( );分析：message的传送和控制并不保证完全同步,当一个程序不再激活状态的时候,它完全可能继续睡眠,造成上面现象,在多次send message 后才 receive message.这一点有助于理解消息转送的实现机理.6.共享存储区的创建，附接和断接代码：#include#include#include#define SHMKEY 75 /*定义共享区关键词*/int shmid,i;int *addr; CLIENT()int i;shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT); /*获取共享区，长度1024，关键词SHMKEY*/addr=(void*)shmat(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/addr=shmat(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/for(i=9;i=0;i-) while(*addr!= -2); printf(client)sent%dn,i); /*打印（client）sent*/*addr=i; /*把i赋给addr*/exit(0); SERVER() /shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT); /*创建共享区*/addr=(void*)shmat(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/do/*addr=-2;while(*addr=-1);printf(server)receivedn); /*服务进程使用共享区*/if(*addr!=0)*addr=-1 while(*addr);wait(0);shmctl(shmid,IPC_RMID,0);/exit(0); main()shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT); /*创建共享区*/addr=(void*)shmat(shmid,0,0); *addr=-1; if(fork()SERVER();/wait(0);/wait(0);elseCLIENT();运行结果：分析：出现上述的应答延迟的现象是程序设计的问题。当client端发送了数据后，并没有任何措施通知server端数据已经发出，需要由client的查询才能感知。此时，client端并没有放弃系统的控制权，仍然占用CPU的时间片。只有当系统进行调度时，切换到了server进程，再进行应答。这个问题，也同样存在于server端到client的应答过程之中。 五 实验体会： 在对Linux环境下的一些基本操作进行实验后，加深了我对进程概念的理解，明确了进程和程序的区别，对并发执行的实质有了进一步的认识，通过对进程互斥现象的学习与解决，使我对进程竞争资源的现象有了更深的认识。通过加锁解决进程互斥，使进程能够有序的进行。Linux系统中的进程通信与管道通信有了初步的了解 ,使系统调用msgget( ), megsnd( ), msgrev( )及msgctl()进行消息发送和接收。