操作系统实验报告.docx
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操作系统实验报告
操作系统原理实验报告
实验一:
用户接口实验
一.实验目的
1)理解面向操作命令的接口Shell。
2)学会简单的shell编码。
3)理解操作系统调用的运行机制。
4)掌握创建系统调用的方法。
二.实验内容
1)控制台命令接口实验
该实验是通过“几种操作系统的控制台命令”、“终端处理程序”、“命令解释程序”和“Linux操作系统的bash”来让实验者理解面向操作命令的接口shell和进行简单的shell编程。
查看bash版本。
编写bash脚本,统计/my目录下c语言文件的个数
2)系统调用实验
该实验是通过实验者对“Linux操作系统的系统调用机制”的进一步了解来理解操作系统调用的运行机制;同时通过“自己创建一个系统调用mycall()”和“编程调用自己创建的系统调用”进一步掌握创建和调用系统调用的方法。
编程调用一个系统调用fork(),观察结果。
编程调用创建的系统调用foo(),观察结果。
自己创建一个系统调用mycall(),实现功能:
显示字符串到屏幕上。
编程调用自己创建的系统调用。
三.实验原理
1.控制台命令接口
操作系统向用户提供一组控制台命令,用户可以通过终端输入命令的方式获得操作系统的服务,并由此来控制自己作业的运行。
一般来讲,控制台命令应该包含:
一组命令、终端处理程序以及命令解释程序。
1)bash的由来
当登录Linux或者打开一个xterm时,当前默认的shell就是bash。
Bash是GNUProject的shell。
GNUProject是自由软件基金会(FreeSoftwareFoundation)的一部分。
它对Linux下的许多编程工具负责。
Bash(BourneAgainShell)是自由软件基金会发布的Bourneshell的兼容程序。
它包含了其他有些shell的许多良好的特性,功能非常的全面。
很多Linux版本都供bash。
2)bash的大致原理
bash处理自己的脚本时,先找到需要处理的命令名称,进而在当前用户的默认命令目录中找到对应的命令,这些默认目录一般是/usr/bin、/bin或/sbin。
在执行这些命令时,先使用进程创建系统调用fork(),在使用exex()来执行这些命令。
2.系统调用
系统调用是操作系统为程序员提供的接口服务。
使用系统调用,程序员可以更充分的利用计算机资源,使编写的程序更加灵活,功能更加强大。
程序员在对系统充分了解的情况下甚至可以订做系统调用,实现那些非专业程序员所难以实现的功能。
四.实验步骤
1.控制台命令接口实验指导
1)查看bash版本
在shell提示符下输入:
$echo$BASH_VERSION
显示如下结果:
2)编写bash脚本:
统计/my目录下c语言文件的个数
通过bash脚本,可以有多种方式实现这个功能,而使用函数是其中个一个选择。
在使用函数之前,必须先定义函数。
(1)进入自己的工作目录,用vi编写名为count的文件
cd/home/student#在home/student目录下编程
vicount
下面是脚本程序:
#!
/bin/bash
functioncount
{
echo–n"Numberofmatchesfor$1:
"#接收程序的第一个参数
ls$1|wc–l#对子程序的第一个参数所在的目录进行操作
}
(2)执行
将count文件复制到当前目录下,然后在当前目录下建立文件夹my:
mkdirmy
3)cdmy
vi1.c#在my目录下建立几个c文件,以便用来进行测试
...
cd...
chmod+xcount
count./my/*.c
2.系统调用实验指导
1)编程调用一个系统调用fork()
在应用程序中调用系统调用fork()非常简单,下面的程序可以很清楚的显示出有fork()系统调用生成了子进程,而产生的分叉作用:
#include
intmain()
{
intiUid;
iUid=fork();
if(iUid==0)
for(;;){printf("Thisisparent.\n");
sleep
(1);
}
if(iUid>0)
for(;;){
printf("Thisischild.\n");
sleep
(1);
}
if(iUid<0)printf("Cannotusesystemcall.\n");
return0;
}
下面是可能得到的一种结果:
thisischild.
thisisparent.
thisischild.
thisisparent.
thisisparent.
thisischild.
thisischild.
thisisparent.
thisisparent.
thisischild.
thisischild.
thisisparent.
thisisparent.
thisischild.
执行结果:
五.实验结果分析:
1.学会了基本的文件操作以及函数执行,验证了结果;
2.父进程与子进程交替执行系统调用,由于完成系统调用后都会睡眠,所以其他进程可以执行,得到上述结果。
六.实验总结:
本次实验通过内核编译的方式来了解操作系统的具体调用方式。
在此过程中主要是熟悉Linux系统的几种终端命令上。
通过此次操作系统实验,我对Linux操作系统内核有了初步的了解。
实验二:
进程管理实验
一.实验目的
a)加深对进程概念的理解,明确进程和程序的区别。
b)进一步认识并发执行的实质。
c)分析进程争用资源的现象,学习解决进程互斥的方法。
d)了解Linux系统中进程通信的基本原理。
二.实验内容
1.编制实现软中断通信的程序
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发出的中断信号(即按delete键),当父进程接收到这两个软中断的某一个后,父进程用系统调用kill()向两个子进程分别发出整数值为16和17软中断信号,子进程获得对应软中断信号,然后分别输出下列信息后终止:
Childprocess1iskilledbyparent!
!
Childprocess2iskilledbyparent!
!
父进程调用wait()函数等待两个子进程终止后,输入以下信息,结束进程执行:
Parentprocessiskilled!
!
多运行几次编写的程序,简略分析出现不同结果的原因。
2.编制实现进程的管道通信的程序
使用系统调用pipe()建立一条管道线,两个子进程分别向管道写一句话:
Childprocess1issendingamessage!
Childprocess2issendingamessage!
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。
三.实验原理
1.进程的软中断通信
(1)算法流程图
(2)源程序如下(旁边有加补充注释):
#include
#include
#include
#include
intwait_flag;
voidstop();
main(){
intpid1,pid2;//定义两个进程号变量
signal(3,stop);//或者signal(14,stop);
while((pid1=fork())==-1);//若创建子进程1不成功,则空循环
if(pid1>0){//子进程创建成功,pid1为进程号
while((pid2=fork())==-1);//创建子进程2
if(pid2>0){
wait_flag=1;
sleep(5);//父进程等待5秒
kill(pid1,16);//杀死进程1
kill(pid2,17);//杀死进程2
wait(0);//等待第1个子进程1结束的信号
wait(0);//等待第2个子进程2结束的信号
printf("\nParentprocessiskilled!
!
\n");
exit(0);//父进程结束
}
else{
wait_flag=1;
signal(17,stop);//等待进程2被杀死的中断号17
printf("\nChildprocess2iskilledbyparent!
!
\n");
exit(0);
}
}
else{
wait_flag=1;
signal(16,stop);//等待进程1被杀死的中断号16
printf("\nChildprocess1iskilledbyparent!
!
\n");
exit(0);
}
}
voidstop(){
wait_flag=0;
}
2、进程的管道通信
(1)算法流程图
(2)参考程序源代码
#include
#include
#include
intpid1,pid2;//定义两个进程变量
main(){
intfd[2];
charOutPipe[100],InPipe[100];//定义两个字符数组
pipe(fd);//创建管道
while((pid1=fork())==-1);//如果进程1创建不成功,则空循环
if(pid1==0){//如果子进程1创建成功,pid1为进程号
lockf(fd[1],1,0);//锁定管道
sprintf(OutPipe,"\nChildprocess1issendingmessage!
\n");//给Outpipe赋值
write(fd[1],OutPipe,50);//向管道写入数据
sleep(5);//等待读进程读出数据
lockf(fd[1],0,0);//解除管道的锁定
exit(0);//结束进程1
}
else{
while((pid2=fork())==-1);//若进程2创建不成功,则空循环
if(pid2==0){
lockf(fd[1],1,0);
sprintf(OutPipe,"\nChildprocess2issendingmessage!
\n");
write(fd[1],OutPipe,50);
sleep(5);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else{
wait(0);//等待子进程1结束
read(fd[0],InPipe,50);//从管道中读出数据
printf("%s\n",InPipe);//显示读出的数据
wait(0);//等待子进程2结束
read(fd[0],InPipe,50);
printf("%s\n",InPipe);
exit(0);//父进程结束
}
}
}
四.实验过程:
1.编写程序;
2.执行并分析结果
五.实验结果:
1.进程的软中断通信:
实验结果:
2.进程的管道通信:
实验结果:
六.实验结果分析:
1.进程的软中断通信:
现象:
运行结果中
“Childprocess1iskilledbyparent!
!
”
“Childprocess2iskilledbyparent!
!
”
第一次运行结果中,以上两语句相继出现,但是多次运行之后,此两条语句出现的先后顺序可能颠倒。
根据进程调度原理,父子进程被创建之后,均处在就绪状态,且此两个进程共享同一个代码段,分别参加调度、执行,直到运行结束。
但是无法明确调用的先后顺序。
故父子进程哪一个先从fork()函数中返回继续执行语句的顺序也是不确定,会随着系统调用策略以及资源的分配状态而改变。
2.进程的管道通信:
1)互斥:
当一个进程正在对pipe进程读/写操作时,另一进程必须等待,程序中使用lock(fd[1],1,0)函数实现对管道的加锁操作,用lock(fd[1],0,0)解除管道的锁定。
2)同步:
当写进程把一定数量的数据写入pipe后,便去睡眠等待,直到读进程取走数据后,再把它唤醒。
当读进程试图从一空管道中读取数据时,也应睡眠等待,直至写进程将数据写入管道后,才将其唤醒。
3)判断对方是否存在:
只有确定写进程和读进程都存在的情况下,才能通过管道进行通信。
管道用于连接一个读进程和一个写进程,以实现它们之间信息的共享文件又称pipe文件。
向管道(共享文件)提供输入的发送进程(即写进程),以字符流形式将大量的数据送入管道;而接收管道输送的接收进程(读进程),可以从管道中接收数据。
为了协调双方的通信,管道通信机制必须提供上述3方面的协调能力。
七.实验总结:
通过上述实验,我对操作系统进程的调用与管道的应用有了更为深刻的印象,从而加快了理论知识的实践化,在上机的过程中碰到了一些难题,通过询问老师以及查阅资料最终得到了解决。