操作系统实验指导书V1分析解析.docx
《操作系统实验指导书V1分析解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统实验指导书V1分析解析.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
操作系统实验指导书V1分析解析
操作系统实验指导书
操作系统课程组编
内蒙古工业大学
信息工程学院计算机系
二〇一三年九月
目录
《操作系统》实验教学大纲1
实验一进程管理1
实验二SPOOLing技术实现12
《操作系统》实验教学大纲
一、基本信息
课程编码
020213008
课程学时
56
课程类别
学科基础课程
实验总学时
10
开出学期
5
开出单位
计算机系
适用专业
计算机科学与技术、软件工程
二、实验安排
序号
实验项目
实验学时
每组人数
实验类型
开出要求
1
实验一进程管理
4
1
验证
必做
２
实验二SPOOLing技术实现
6
1
设计
必做
三、实验目的、内容与要求
实验一进程管理
（一）实验目的
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．分析进程争用资源的现象，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。
（二）实验内容
1．进程的创建；
2．进程的控制；
3．进程的软中断通信；
4．进程的管道通信。
（三）实验要求
1．掌握Linux系统中进程的创建、控制和通信的实现；
2．根据实验内容，在Linux平台上用C语言编程实现，上机调试运行得出实验结果；
3．写出预习报告和实验报告。
实验二SPOOLing技术实现
（一）实验目的
1．加深对SPOOLing系统的理解；
2．进一步认识SPOOLing技术的实质；
3．分析、设计SPOOLing系统的实现方法；
4．了解Linux系统中SPOOLing的基本原理。
（二）实验内容
设计并运行一个简单的SPOOLing系统来模拟实际的SPOOLing输入/输出过程，以掌握这种以空间换时间的技术。
要求将SPOOLing输入/输出处理程序编成一个独立的进程模块并与其他请求输入/输出的进程并发运行。
SPOOLing进程负责把从输入设备输入的信息送到外存输入井中，或把外存输出井中的信息送到打印机等输出设备上输出。
其余进程只要求编写输入/输出部分的程序。
要求定义实施算法的相关数据结构，实现设备分配和SPOOLing算法。
（三）实验要求
1．掌握SPOOLing技术的实现；
2．根据实验内容，在Linux平台上用C语言编程实现，上机调试运行得出实验结果；
3．写出预习报告和实验报告。
四、考核方式
实验成绩占课程总成绩的比重为10%。
考核方式根据实验课考勤、课前预习情况、课上实验能力、原型系统效果验收与实验报告的完成情况综合评分。
每个实验考核：
实验预习占30%，实验能力和效果占30%，实验报告占40%。
五、建议教材与教学参考书
1．课程教材
[1]张尧学.计算机操作系统教程.第三版.北京：
清华大学出版社.2006
[2]赵俊生．操作系统实验指导书．自编．2008
2．教学参考书
[1]汤小丹．计算机操作系统．第三版．西安:
西安电子科技大学出版社．2008
[2]徐虹.操作系统实验指导.北京:
清华大学出版社．2004
[3]屠祁.操作系统基础．第三版．北京:
清华大学出版社．2000
[4]冯耀霖.操作系统.西安:
西安电子科技大学出版社．2001
[5]左万历．计算机操作系统教程．第二版．北京：
高等教育出版社．2004
六、编制说明
编制者：
系统软件课程组组长：
寿永熙
执笔人：
赵俊生编制时间：
2009年3月
实验一进程管理
一、实验目的
1．学会在Linux中利用系统调用fork（）创建进程。
2．加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
3．进一步认识在系统内进程并发执行的实质。
4．分析进程竞争资源的现象，学习解决进程互斥的方法。
5．掌握Linux中进程通信的基本原理。
二、实验类型
验证性实验。
三、实验预备知识
1．阅读Linux的sched.h源码文件，加深对进程管理概念的理解。
2．阅读Linux的fork.c源码文件，分析进程的创建过程。
四、实验内容
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】
＃include
main（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建子进程p1，失败时循环*/
if（p1==0）/*子进程p1创建成功*/
putchar（‘b’）;
else/*父进程返回*/
{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建另一个子进程p2，失败时循环*/
if（p2==0）/*子进程p2创建成功*/
putchar（‘c’）;
else
putchar（‘a’）;/*父进程执行*/
}
}
【执行结果】
同学自己得到实验结果。
【分析原因】
同学自己分析多次执行产生不同实验结果的原因。
2．进程的控制
【任务】
修改已编写的程序，将每个进程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。
【程序1】
＃include
main（）
{
intp1,p2,i;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1==0）
for（i=0;i<50;i++）
printf（“child%d\n”,i）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）
if（p2==0）
for（i=0;i<50;i++）
printf（“son%d\n”,i）;
else
for（i=0;i<50;i++）
printf（“daughter%d\n”,i）;
}
}
【执行结果】
同学自己得到实验结果。
【分析原因】
同学自己分析多次执行产生不同实验结果的原因。
【程序2】
＃include
＃include
main（）
{
intp1,p2,i;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1==0）
{
lockf（1,1,0）;/*加锁*/
for（i=0;i<50;i++）
printf（“child%d\n”,i）;
lockf（1,0,0）;/*解锁*/
}
else
{
while（（p2=fork（））==-1）
if（p2==0）
{
lockf（1,1,0）;
for（i=0;i<50;i++）
printf（“son%d\n”,i）;
lockf（1,0,0）;
}
else
{
lockf（1,1,0）;
for（i=0;i<50;i++）
printf（“daughter%d\n”,i）;
lockf（1,0,0）;
}
}
}
【执行结果】
同学自己得到实验结果。
【分析原因】
同学自己分析多次执行产生不同实验结果的原因。
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（即按任意字母键和Enter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：
childprocess1iskilledbyparent!
childprocess2iskilledbyparent!
父进程等待两个子进程终止后，输出以下信息后终止：
parentprocessiskilled!
【程序】
#include
#include
#include
#include
voidwaiting（）,stop（）;
intwait_mark;
main（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建进程p1*/
if（p1>0）
{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建进程p2*/
if（p2>0）
{
Printf（“parentrun!
\n”）;
Printf（“p1=%d\n”,p1）;
Printf（“p2=%d\n”,p2）;
wait_mark=1;
getchar（）;
kill（p1,16）;/*向p1发软中断信号16*/
kill（p2,17）;/*向p2发软中断信号17*/
sleep（5）;/*父进程睡眠5秒*/
wait（0）;/*等待子进程结束，同步*/
wait（0）;/*等待另一子进程结束，同步*/
lockf（stdout,1,0）;/*标准输出加锁*/
printf（“parentprocessiskilled!
\n”）;
lockf（stdout,0,0）;/*标准输出解锁*/
exit（0）;/*父进程终止*/
}
else
{
printf（“p2run!
\n”）;
wait_mark=1;
signal（17,stop）;/*接收父进程发来的软中断信号17，并转stop*/
waiting（）;
lockf（stdout,1,0）;/*标准输出加锁*/
printf（“childprocess2iskilledbyparent!
\n”）;
lockf（stdout,0,0）;/*标准输出解锁*/
exit（0）;/*子进程p2终止*/
}
}
else
{
printf（“p1run!
\n”）;
wait_mark=1;
signal（16,stop）;/*接收父进程发来的软中断信号16，并转stop*/
waiting（）;
lockf（stdout,1,0）;/*标准输出加锁*/
printf（“childprocess1iskilledbyparent!
\n”）;
lockf（stdout,0,0）;/*标准输出解锁*/
exit（0）;/*子进程p1终止*/
}
}
voidwaiting（）
{
printf（“waitingbegin!
\n”）;
while（wait_mark!
=0）;
printf（“waitingend!
\n”）;
}
voidstop（）
{
wait_mark=0;
printf（“signalstop!
”）;
}
【执行结果】
同学自己得到实验结果。
【分析原因】
同学自己分析产生该实验结果的原因。
【任务2】
在上面任务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“Ctrl+c”键信号以及忽略中断信号。
【程序】
#include
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
intendflag=0,pf1=0,pf2=0;
voidintdelete（）
{
kill（pid1,16）;
kill（pid2,17）;
endflag=1;
}
voidint1（）
{
printf（“childprocess1iskilledbyparent!
”）;
exit（0）;
}
voidint2（）
{
printf（“childprocess2iskilledbyparent!
”）;
exit（0）;
}
main（）
{
intexitpid;
signal（SIGINT,SIG_IGN）;
signal（SIGQUIT,SIG_IGN）;
while（（pid1=fork（））==-1）;
if（pid1==0）
{
printf（“process1run!
\n”）;
signal（SIGUSR1,int1）;
signal（16,SIG_IGN）;
pause（）;
exit（0）;
}
else
{
while（（pid2=fork（））==-1）;
if（pid2==0）
{
printf（“process2run!
\n”）;
signal（SIGUSR2,int2）;
signal（17,SIG_IGN）;
pause（）;
exit（0）;
}
else
{
printf（“parentrun!
\n”）;
signal（SIGINT,intdelete）;
waitpid（-1,&exitpid,0）;
printf（“parentprocessiskilled!
\n”）;
exit（0）;
}
}
}
【执行结果】
同学自己得到实验结果。
【分析原因】
同学自己分析产生该实验结果的原因。
4．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分别向管道各写一句话：
child1issendingamessage!
child2issendingamessage!
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。
【程序】
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
main（）
{
intfd[3];
charoutpipe[100],inpipe[100];
pipe（fd）;
while（（pid1=fork（））==-1）;
if（pid1==0）
{
printf（“p1run!
\n”）;
lockf（fd[1],1,0）;
sprintf（outpipe,”child1processissendingamessage!
”）;
write（fd[1],outpipe,50）;
sleep
（1）;
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
}
else
{
while（（pid2=fork（））==-1）;
if（pid2==0）
{
printf（“p2run!
\n”）;
lockf（fd[1],1,0）;
sprintf（outpipe,”child2processissendingamessage!
”）;
write（fd[1],outpipe,50）;
sleep
（1）;
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
}
else
{
printf（“parentrun!
\n”）;
wait（0）;
read（fd[0],inpipe,50）;
printf（“%s\n”,inpipe）;
wait（0）;
read（fd[0],inpipe,50）;
printf（“%s\n”,inpipe）;
exit（0）;
}
}
}
【执行结果】
同学自己得到实验结果。
【分析原因】
同学自己分析产生该实验结果的原因。
实验二SPOOLing技术实现
一、实验目的
1．加深对SPOOLing（SimultaneausPeriphernalOperatingOn—Line）系统组成与基本工作原理的理解。
2．使用客户/服务器模式进行程序设计。
3．使用Linux进程技术，模拟SPOOLing系统中输出进程的工作。
4．使用Linux进程通信技术，模拟SPOOLing系统工作进程与输出进程的数据输出。
5．使用Linux文件技术，模拟SPOOLing系统输出井的工作过程。
二、实验类型
设计性实验。
三、实验预备知识
1．阅读Linux进程通信技术（消息和管道）的使用方法。
2．阅读Linux文件操作技术，掌握文件的基本处理方法。
四、实验内容
假脱机打印是SPOOLing系统的典型应用。
本次实验的内容就是以客户/服务器模式模拟假脱机打印的工作过程。
工作原理见图2-1。
图2-1模拟假脱机打印工作原理
整个系统的工作是先启动打印服务器，初始化客户/服务器间的通信、准备输入缓存区、打印队列和输出井。
然后启动请求打印的客户机程序（如命令：
printmnfile.dat），将要打印的文件（如：
file.dat）读入客户机系统，包装成客户机和服务器之间通信的基本信息单位，放入输出缓存区，然后启动进程间通信机制，向打印服务器发出请求。
服务器通过进程间的通信机制，将客户机传送的数据放入输出缓存区，并向打印队列申请打印，填写打印清单，然后将数据放入输出井中。
五、实验要求
1、实现客户机请求打印程序和打印服务器程序。
1）基本要求：
实现1台客户机对1台服务器；提高要求：
实现n台客户机对1台服务器；
2）要求服务器分别接收客户机数据。
3）要求每个客户机放入到输出井中的数据是连续的。
2、测试程序，给出测试结果并进行分析。
3、书写实验报告。
六、实验提示
1、进程间的通信可以选择：
消息队列、管道和共享内存实现。
2、输出井可以通过一个文件进行模拟。
3、下面是一个通过Linux消息队列实现的模拟假脱机打印系统。
1）消息的结构
structmsg{
longpid;//进程号
intid;//消息号
intuid;//用户号
intallpage;//总页数
intsize;//页长
charname[MAX_NAME_LENGTH];//文件名
chartext[MAX_MSG_SIZE];//消息内容
}
2）打印队列
typedefstruct{
intpid;
intuid;
charfilename[MAX_NAME_LENGTH];
intallpage;
}WaitQueue[MAX_ARRAY_LEN];
3）程序执行结果
（1）服务器启动
服务器通过命令行启动：
./spooling。
启动界面如图2-2所示。
图2-2服务器界面
（2）客户机请求打印
客户机通过命令行启动：
./printmntest.dat。
分别启动两个客户机，进行文件test.dat和t.dat的打印输出。
如图2-3和2-4所示。
图2-3客户机1界面
图2-4客户机2界面
（3）执行结果
服务器和客户机模拟的结果如图2-5所示。
图2-5模拟结果
（4）输出井
打印结果放入输出井中（如：
pool.dat）,文件内容如图2-6所示。
图2-6输出井数据
升级会员 