操作系统课程设计进程管理进程间通信

烟台大学文经学院烟 台 大 学 文 经 学 院 课程：操作系统 学 号： 姓 名： 班 级： 指导老师： 设计名称进程管理。进程间通信。成 员课程设计地点一 课程设计思想及目的（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。Linux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。二 课程设计设备及环境装有Linux操作系统的PC机三 课程设计内容（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“a”;子进程分别显示字符“b”和字符“c”。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。消息的创建，发送和接收。 使用系统调用msgget (), msgsnd (), msgrev (), 及msgctl () 编制一长度为1k的消息的发送和接收程序。 观察上面的程序，说明控制消息队列系统调用msgctl () 在此起什么作用？共享存储区的创建、附接和段接。 使用系统调用shmget(),shmat(),sgmdt(),shmctl(),编制一个与上述功能相同的程序。比较上述（1），（2）两种消息通信机制中数据传输的时间。 四 . 课程设计过程及结果1 进程的创建任务编写一段程序，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上显示一个字符；父进程显示字符“a”，子进程分别显示字符“b”和“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。程序#includemain()int p1,p2;if(p1=fork() /*子进程创建成功*/ putchar(b);else if(p2=fork() /*子进程创建成功*/ putchar(c); else putchar(a); /*父进程执行*/bca(有时会出现abc的任意的排列)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 修改已编写好的程序，将每个程序的输出由单个字符改为一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。如果在程序中使用系统调用lockf()来给每个程序加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。程序1#includemain()int p1,p2,i;if(p1=fork() for(i=0;i500;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;i500;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); /*向父进程信号0且该进程推出*/ else for(i=0;i500;i+) printf(“grandchild %dn,i); exit(0);运行结果parent.songrandchildgrandchild或grandchildsongrandchildsonparent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。程序2#includemain()int p1,p2,i;if(p1=fork() lockf(1,1,0); for(i=0;i500;i+) printf(parent %dn,i); lockf(1,0,0); wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/ exit(0);else if(p2=fork() lockf(1,1,0); for(i=0;i500;i+) printf(son %dn,i); lockf(1,0,0); wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/exit(0); else lockf(1,1,0); for(i=0;i500;i+) printf(daughter %dn,i); lockf(1,0,0); exit(0); 运行结果输出parent块,son块,grandchild块的顺序可能不同，但是每个块的输出过程不会被打断。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软中断通信任务1编制一段程序，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ctrl+c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，输出以下信息后终止：parent process is killed! #include#include#include void waiting(),stop(),alarming();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*/signal(SIGALRM,alarming);/*接受SIGALRMwaiting();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); else wait_mark=1;signal(17,stop);signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略 c信号*/while (wait_mark!=0);lockf(1,1,0);printf(child process2 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0);elsewait_mark=1;signal(16,stop);signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略c信号*/while (wait_mark!=0)lockf(1,1,0);printf(child process1 is killed by parent!n);lockf(1,0,0);exit(0);void waiting()sleep(5);if (wait_mark!=0) kill(getpid(),SIGALRM);void alarming()wait_mark=0;void stop()wait_mark=0; 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。任务2在上面的任务1中，增加语句signal(SIGINT,SIG_IGN)和语句signal(SIGQUIT,SIG_IGN)，观察执行结果，并分析原因。这里，signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分别为忽略键信号以及忽略中断信号。#include#include#includeint pid1,pid2;int EndFlag=0;int pf1=0;int pf2=0;void IntDelete()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); else signal(SIGINT,SIG_IGN);signal(17,Int2);pause(); elsesignal(SIGINT,SIG_IGN);signal(16,Int1);pause();运行结果请读者将上述程序输入计算机后，执行并观察。3 进程的管道通信任务 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分别向通道个写一句话： child1 process is sending message!child2 process is sending message!而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。程序#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(5); /*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); 运行结果延迟5秒后显示:child1 process is sending message! 再延迟5秒:child2 process is sending message!（2）进程的管道通信 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分别向通道个写一句话： child1 process is sending message!child2 process is sending message!而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。#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(5); /*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); 运行结果延迟5秒后显示:child1 process is sending message! 再延迟5秒:child2 process is sending message!（2）消息的创建，发送和接收#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);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); /*由关键字获得消息队列*/ 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);main() if(fork() SERVER(); wait(0);else CLIENT( ); 。五设计流程图 六分析从理想的结果来说，应当是每当Client发送一个消息后，server接收该消息，Client再发送下一条。也就是说“(Client)sent”和“(server)received”的字样应该在屏幕上交替出现。实际的结果大多是，先由 Client 发送两条消息，然后Server接收一条消息。此后Client Server交替发送和接收消息.最后一次接收两条消息. Client 和Server 分别发送和接收了10条消息,与预期设想一致 是否 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.课程设计报告成绩课程设计成绩