《计算机操作系统》实验指导书Word下载.docx
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所以我们的实验选用Linux操作系统。
Linux操作系统是一个类UINX操作系统，是一个纯多道并发的网络操作系统。
1.1Linux操作系统简介
Linux是一个多用户操作系统，是UNIX的一个克隆版本（界面相同但内部实现不同），同时它是一个自由软件，是免费的、源代码开放的，这是它与UNIX的不同之处。
现在，Linux凭借优秀的设计，不凡的性能，加上IBM、Intel、CA、CORE、Oracle等国际知名企业的大力支持，市场份额逐步扩大，已成为与Windows和UNIX并存的三大主流操作系统之一。
1.2Linux的使用
1.2.1vi的使用
1）vi的简单应用
vi是linux环境下赫赫有名的文本编辑工具之一。
进入vi编辑器的方法：
vifilename.c注：
文件名必须带有扩展名.c，如filename.c否则无法通过编译；
进入vi后要按：
按“i”键从命令方式切换到输入方式；
从输入方式切换到命令方式的方法：
按“Esc”键
保存文件:
w
保存文件并退出:
wq
不保存文件退出:
q!
注：
以上操作必须在命令方式下进行。
2）其他常用vi操作命令
j,k,h,l:
上下左右
0：
行首
$:
行尾
ctrl+f
:
后翻页
ctrl+b:
前翻页
G
文件尾
数字G:
数字所指定行
i,I
插入命令，i
在当前光标处插入，
I
行首插入
a,A:
追加命令，a
在当前光标后追加，A
在行末追加
o,O:
打开命令，o
在当前行下打开一行，O在当前行上插入一行
x:
删除光标处字符
dd:
删除当前行
d0:
删除光标前半行
d$:
删除光标后半行
r,R
替换命令，r
替换当前光标处字符，R从光标处开始替换
/string：
查找字符串
n：
继续查找
N：
反向继续查找
%
：
查找对应括号
u
取消上次操作
1.2.2gcc的使用
gcc是linux下的一种c程序编译工具，使用方法如下（有提示符#的情况）：
编译：
gcc–ofilename1filename.c
其中:
filename.c是源文件名，filename1是目标文件名，o代表object
执行：
./filenamel
示例：
键入一简单的程序：
viab.c按回车键输入以下代码段，
#include<
stdio.h>
unisted.h>
main（）
{printf（“aaaa”）;
}
按ESC键，再按“:
WQ”（W是保存，Q是退出）
出现提示符：
[root@GGG-LINUXroot]#
键入：
gcc–oabab.c进行编译。
执行：
./ab
1.2.3主要系统调用函数
1.2.1系统调用fork（）
功能：
创建一个新的进程.
头文件：
#include<
unistd.h>
说明:
本系统调用产生一个新的进程,叫子进程,是调用进程的一个复制品.调用进程叫父进程,子进程继承了父进程的几乎所有的属性。
（1）该子进程继承了父进程的程序空间，复制了父进程的数据段和栈段。
也就是说不管是父进程还是子进程，在占有处理机后，都从fork（）调用的返回点开始运行;
（2）调用成功则对父进程返回子进程标识号pid；
（3）调用成功对子进程返回0,这也是最方便的区分父子进程的方法。
（4）若调用失败则返回-1给父进程,子进程不生成。
注意：
如果fork（）值>
0,>
0的数即是子进程号。
但这时是父进程占有处理机。
1.2.2系统调用wait（&
status）：
功能:
等待子进程结束。
（1）当有多个子进程时，任一个子进程结束即将控制返回调用者，并将子进程调用exit（status）时的status值送到&
status指针所指单元中。
（2）在控制返回调用者时，同时将所等到的子进程pid作为wait（）系统调用函数的返回值。
（3）waitpid（pid，…）：
等待pid所指定的进程结束。
（4）返回值：
等待到一个子进程返回时，返回值为该子进程号；
否则返回值为–1。
允许调用进程（即父进程）取得子进程的状态信息，调用进程将会挂起直到其一个子进程终止。
1.2.3系统调用exit（）
终止进程.
语法:
#include<
stdlib.h>
voidexit（status）
intstatus
调用进程被该系统调用终止。
该系统调用发出后，操作系统将从系统中删除调用exit的进程，并将status值传给等待它结束的父进程。
返回值:
无
1.2.4系统调用kill（）
向一个或一组进程发送一个信号。
signal.h>
intkill（pid,sig）;
pid_tpid;
intsig;
向一个或一组进程发送一个信号,该信号由参数sig指定，为系统给出的信号表中的一个。
Sig是signal的缩写。
调用成功则返回0，否则返回-1.
kill-STOP[pid]：
发送SIGSTOP（17,19,23）停止一个进程，而并不消灭这个进程。
kill-CONT[pid]：
发送SIGCONT（19,18,25）重新开始一个停止的进程。
kill-KILL[pid]：
发送SIGKILL（9）强迫进程立即停止，并且不实施清理操作。
kill-9-1：
终止拥有的全部进程。
SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕捉、封锁或者忽略。
1.2.5系统调用lockf（）
应用、检测或删除打开文件的一个POSIX锁
语法：
intlockf（intfd,intcmd,off_tlen）;
说明：
应用、检测或删除打开文件某部分的一个POSIX锁，文件通过fd指明，文件的描述符的请求操作通过cmd指明。
#defineF_ULOCK0解锁一个区域
#defineF_LOCK1上锁一个区域
#defineF_TLOCK2检测并上锁一个区域
#defineF_TEST3检测一个区域是否上锁
文件上锁区域的请求起始于隐含的偏移并包好len字节，假如len为负，从pos…pos+len-1，这里pos为当前文件位置，假如len为零，则位置从当前文件位置延伸延伸到无限长，包括当前和以后的文件最后的位置。
在所有情况下，位置可延伸到以前当前的文件的最后位置。
在Linux中，这称为fcntl
（2）的接口（一般会指明lockf和fcntl的关系）。
1.2.6系统调用pipe（）
是用来建立管道的。
intpipe（intfd[2]）;
这里fd[1]为写入端，fd[0]为读出端。
从管道里写或从管道里读。
第二部分实验内容
实验一熟悉LINUX基本命令及编程环境
1、实验类型
本实验为验证性实验。
2、实验目的与任务
1）熟悉使用Linux字符界面，窗口系统的常用命令；
2）熟悉运用Linux常用的编程工具；
3）熟悉运用Linux的在线求助系统。
3、预习要求
1）熟悉一种操作系统的使用和安装，如windows操作系统的安装，DOS系统的使用
2）了解进程的概念及进程的状态
3）熟悉c语言程序设计
4）熟悉c语言程序编译过程
4、实验基本原理
进入Linux操作系统后，控制终端的命令行输入方式下输入各种命令，并显示各种命令操作后的输出结果，操作包括文件操作命令的使用，vi命令的使用以及gcc编译器的使用，详细的各种命令及使用方式见第一部分的介绍。
5、实验仪器与设备（或工具软件）
实验设备：
计算机一台，软件环境要求：
安装RedHatLinux操作系统和gcc编译器。
6、实验内容
1）使用常用的操作命令ls,cp,rm,mkdir,man,vi等。
2）熟悉怎么编辑一个程序（编辑，调试，运行见），输入一个简单的C程序进行练习，参考练习程序如下：
程序1
{
intp1;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1==0）
putchar（‘B’）;
elseputchar（‘A’）;
程序2
#include"
stdafx.h"
main（）
introw,column,num,n=6;
for（row=1;
row<
n;
row++）
{for（column=1;
column<
n-row;
column++）
printf（"
"
）;
for（num=row;
num>
=1;
num--）
%d"
num）;
for（num=2;
num<
=row;
num++）
\n"
}}
7、实验步骤
1）进入Linux操作系统
开机后，选择进入Linux操作系统方式，输入用户名和密码，即可进入Linux操作系统。
2）进入控制终端的命令行输入方式
在Linux操作系统环境下，点击“小红帽”菜单，选择“系统”下拉菜单，选择“终端”选项，进入命令行输入方式。
3）输入命令后按回车键
在命令行输入方式下，输入各种文件操作命令，并按回车查看显示结果。
8、注意事项
1）gcc编译器不能编译不带扩展名的c语言程序。
2）注意编译和运行程序的基本过程。
3）注意熟练使用man命令来查看某条命令的含义及使用方式。
9、实验报告要求
要求列出多条命令的使用和相应结果，需要列出运行了的程序清单及相应结果，并对结果进行分析和讨论。
实验二进程管理
本实验为设计性实验。
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
1）进程的概念
2）进程控制的概念及内容
3）进程的并发执行
4）熟悉互斥的概念
5）用到的Linux函数有：
fork（），lockf（）等。
使用fork（）系统调用来创建一个子进程，父进程和子进程并发执行，交替输出结果。
使用lockf（）系统调用对临界区进行加锁操作，实现对共享资源的互斥使用。
实验设备：
1）进程的创建
编写一段程序，使用系统调用fork（）创建两个子程序。
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”。
运行程序10次，观察记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，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。
如果在程序中使用系统调用lockf（）来给每一个进程加锁，可以实现进程间的互斥，观察并分析出现的现象。
（1）进程的创建参考程序如下：
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1!
=0）
{
while（（（p2=fork（））==-1）;
if（p2==0）putchar（'
b'
elseputchar（'
c'
}
a'
运行结果：
bca（或bac）
分析：
从进程并发执行来看，输出bac，acb等情况都有可能。
原因：
fork（）创建进程所需的时间要多于输出一个字符的时间，因此在主程序创建进程的同时，进程2就输出了”b”，而进程2和主程序的输出次序是随机的，所以出现上述结果。
（2）进程的控制参考程序如下
{intp1,p2,i;
while（（p1=fork（））==-1）;
{for（i=0;
i<
500;
i++）
child%d\n"
i）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;
if（p2==0）
for（i=0;
son%d\n"
elsefor（i=0;
daughter%d\n"
略
由于函数printf（）输出和字符串之间不会被中断，因此字符串内部的字符顺序输出不变。
但是由于进程并发执行时的调度顺序和父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。
进程加锁后的参考程序如下：
lock（1,1,0）;
for（i=0;
lock（1,0,0）;
lock（1,1,0）
lock（1,0,0）
else
{
lock（1,1,0）
学生自己完成
1）进入vi编辑器
2）在编译器中输入所要运行的程序代码
3）退出编辑器，返回命令行输入方式，使用gcc编译器编译程序，获得能运行的目标程序。
4）运行目标程序，查看运行结果。
1）如果使用gcc编译程序有错的话，需要重新修改程序，直到无错为止。
2）注意系统是如何创建进程的？
3）查看结果是否是交替输出，如果修改输出的次数是否会出现交替现象？
4）相关函数的介绍见第一部分的介绍。
需要列出运行了的程序清单及相应结果，并对结果进行分析和讨论。
对结果的分析主要讨论结果为什么会交替出现？
并发进程是如何执行的？
实验三进程调度
本实验为综合性实验
在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态。
当就绪进程个数大于处理机数时，就必须依照某种策略来决定那些进程优先占用处理机。
本实验模拟在单处理机情况下的处理机调度，帮助学生加深了解处理机调度的工作。
1）熟悉进程控制块和进程组织方式
2）熟悉进程调度的概念
3）熟悉时间片轮转调度算法等
4）熟悉c语言编程，指针及结构体等知识
5）数据结构中的链表的建立及基本操作
进程控制块通过链表队列的方式组织起来，系统中存在运行队列和就绪队列（为简单起见，不设阻塞队列），进程的调度就是进程控制块在运行队列和就绪队列之间的切换。
当需要调度时，从就绪队列中挑选一个进程占用处理机，即从就绪队列中删除一个进程，插入到运行队列中，当占用处理机的进程运行的时间片完成后，放弃处理机，即在运行队列中的进程控制块等待一段时间（时间片）后，从该队列上删除，如果该进程运行完毕，则删除该进程（节点）；
否则，则插入到就绪队列中。
设计一个时间片轮转调度算法实现处理机调度的程序，具体内容如下
1）实验中使用的数据结构
（1）PCB进程控制块
内容包括参数①进程名name；
②要求运行时间runtime；
③优先数prior；
④状态state；
⑤已运行时间runedtime。
（2）为简单起见，只设运行队列，就绪链表两种数据结构，进程的调度在这两个队列中切换，如图3.1所示
图3.1PCB链表
2）每个进程运行时间随机产生，为1~20之间的整数。
3）时间片的大小由实验者自己定义，可为3或5
4）可参考的程序流程图如图3.2
图3.2模拟进程调度的流程图
5）参考程序
stdio.h"
stdlib.h"
typedefstructPCB
intname;
intruntime;
intrunedtime;
intstate;
intkilltime;
structPCB*next;
}PCB;
#defineNUM10
voidmain（）
inttimeslice=3;
PCB*runqueue;
PCB*top,*tail,*temp;
inti;
srand（10）;
NUM;
temp=newPCB;
temp->
name=i;
temp->
runtime=rand（）%20;
runedtime=0;
next=NULL;
killtime=0;
if（i==0）{top=temp;
tail=temp;
}
else{
tail->
next=temp;
tail=temp;
}
printf（"
processname%d,runtime=%d,runedtime=%d,killtime=%d\n"
tail->
name,tail->
runtime,tail->
runedtime,tail->
killtime）;
while（top!
=NULL）
runqueue=top;
top=top->
next;
runqueue->
runtime=runqueue->
runtime-timeslice;
if（runqueue->
runtime<
runqueue->
killtime=runqueue->
runtime+timeslice;
runedtime=runqueue->
runedtime+runqueue->
killtime;
runtime=0;
runqueue->
name,runqueue->
runtime,runqueue->
runedtime,runqueue->
else{
killtime=timeslice;
tail->
next=runqueue;
tail=tail->
6）运行结果，包括各个进程的运行顺序，每次占用处理机的运行时间，可以参考下列输出如图4.3。
图4
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