级操作系统实验报告.docx
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级操作系统实验报告
哈尔滨学院
实验报告
课程名称:
计算机操作系统
专业:
软件工程
班级:
12-8
学号:
12031801
姓名:
常燕如
教务处制
实验一进程管理
【实验目的与要求】
⒈加深对进程概念的理解,明确进程与程序的区别。
⒉掌握Linux进程创建及撤销的方法,进一步认识并发执行的实质。
⒊掌握Linux系统下守护进程的创建方法。
【实验原理】
⒈Linux进程管理命令
⑴进程查瞧
⑵进程终止
⑶进程优先级设置
⒉Linux进程控制函数
⑴创建与修改进程
⑵设置进程属性
⑶获取进程属性
⑷进程的退出
⒊Linux守护进程
⑴独立启动守护进程
⑵超级守护进程
⑶守护进程的编写流程
守护进程的编写遵循特定的流程,主要包括五个步骤:
Step⒈创建子进程,退出父进程
Step⒉在子进程中创建新会话
Step⒊改变当前目录为根目录
Step⒋重设文件权限掩码
Step⒌关闭文件描述符
【实验主要仪器与材料】
⒈带Linux操作系统的PC机
⒉GCC编译器
【实验内容】
⒈获取进程信息
通过管理命令,获取系统当前执行进程的信息,包括进程名称与ID、PID与PGID等。
⒉创建进程
编程程序,实现父进程创建一个子进程,返回后父子进程都分别循环输出字符串“Iamparent、”或“Iamchild、”5次,每输出一次延时1秒（sleep
（1））,然后进入下一次循环。
观察并分析运行结果。
然后将程序改为父子进程同步执行:
子进程循环输出字符串“Iamchild、”5次,然后父进程再循环输出字符串“Iamparent、”5次。
再次观察并分析运行结果。
【实验步骤及实验结果分析】
⒈实验内容1
通过进程实现及验证父进程及子进程的id号的命令
ps-lg
⒉实验内容2
⑴实现父进程创建一个子进程,返回后父子进程都分别循环输出字符串“Iamparent、”或“Iamchild、”5次,每输出一次延时1秒（sleep
（1））,然后进入下一次循环。
#include
#include
#include
intmain（）
{
pid_tpt;
printf（"Helloworld!
\n"）;
inti;
pt=fork（）;
for（i=0;i<5;i++）
{
if（pt==-1）
printf（"Forkerror、\n"）;
elseif{
printf（"Iamaparent、\n"）;
Sleep
（1）;
}
else{
printf（"Iamachild、\n"）;
Sleep
（1）;
}
}
return0;
}
⑵父子进程同步执行:
子进程循环输出字符串“Iamchild、”5次,然后父进程再循环输出字符串“Iamparent、”5次。
#include
#include
#include
intmain（）
{
pid_tpt;
printf（"Helloworld!
\n"）;
inti;
pt=fork（）;
for（i=0;i<5;i++）
{
if（pt==-1）
printf（"Forkerror、\n"）;
elseif{
printf（"Iamaparent、\n"）;
}
else{
printf（"Iamachild、\n"）;
}
}
return0;
}
【思考题】
⒈程序与进程的区别。
（1）程序就是动态的,程序就是静态的:
程序就是有序代码的集合;进程就是程序的执行。
通常进程不可在计算机之间迁移;而程序通常对应着文件、静态与可以复制。
（2）进程就是暂时的,程序就是永久的:
进程就是一个状态变化的过程,程序可长久保存。
（3）进程与程序的组成不同:
进程的组成包括程序、数据与进程控制块（即进程状态信息）。
（4）进程与程序的对应关系:
通过多次执行,一个程序可对应多个进程;通过调用关系,一个进程可包括多个程序。
⒉Linux操作系统下有哪些进程类型。
交互进程;批处理进程;守护进程;
⒊进程创建函数fork与vfork的区别。
（1）fork（）用于创建一个新进程。
由fork（）创建的子进程就是父进程的副本。
即子进程获取父进程数据空间,堆与栈的副本。
父子进程之间不共享这些存储空间的部分。
而vfork（）创建的进程并不将父进程的地址空间完全复制到子进程中,因为子进程会立即调用exec（或exit）于就是也就不会存放该地址空间。
相反,在子进程调用exec或exit之前,它在父进程的空间进行。
（2）vfork（）与fork（）另一个区别就就是:
vfork保证子进程先运行,在调用exec或exit之前与父进程数据就是共享的,在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。
（3）vfork与fork之间的还有一个区别就是:
vfork保证子进程先运行,在她调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。
如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作,则会导致死锁。
⒋进程的退出函数有哪些？
有何区别？
C程序就是如何被启动终止的？
exit函数;return函数;abort函数_exit函数。
exit与_exit函数用于正常终止一个程序
exit先执行一些清除处理、然后进入内核清除操作包括调用执行各终止处理程序,关闭所有标准I/O流
_exit立即进入内核
abort函数用于异常终止一个程序
exit就是一个函数,有参数,把控制权交给系统
return就是函数执行完后的返回,将控制权交给调用函数
实验二进程通信
【实验目的与要求】
⒈了解基于信号的进程通信机制。
⒉熟悉LINUX系统中进程之间软中断通信的基本原理。
【实验原理】
一、信号
⒈信号的基本概念
⒉信号的发送
⒊对信号的处理
二、所涉及的中断调用
⒈kill（）
⒉signal（）
⒊wait（）
⒋waitpid（）
⒌lockf（）
【实验主要仪器与材料】
⒈带Linux操作系统的PC机
⒉GCC编译器
【实验内容】
⒈编写程序:
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^c键）;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,输出如下的信息后终止:
Parentprocessiskilled!
⒉分析利用软中断通信实现进程同步的机理。
【实验步骤及实验结果分析】
⒈编写程序:
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^c键）;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,输出如下的信息后终止:
Parentprocessiskilled!
⒉对软中断信号的处理分三种情况进行:
（1）如果进程收到的软中断就是一个已决定要忽略的信号,不做处理便立即返回。
（2）进程收到软中断后便退出。
（3）执行用户设置的软中断处理程序。
【思考题】
实验内容的参考程序如下,请仔细阅读、调试、分析,回答下述问题:
#include
#include
#include
#include
#include
voidwaiting（）,stop（）;
intwait_mark;
intmain（）
{
intp1,p2,stdout=1;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建子进程p1*/
if（p1>0）
{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建子进程p2*/
if（p2>0）
{
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（"Parentprocessiskilled!
\n"）;
exit（0）;
}
else
{
wait_mark=1;
signal（17,stop）;/*接收到软中断信号17,转stop*/
waiting（）;
lockf（stdout,1,0）;
printf（"Childprocess2iskilledbyparent!
\n"）;
lockf（stdout,0,0）;
exit（0）;
}
}
else
{
wait_mark=1;
signal（16,stop）;/*接收到软中断信号16,转stop*/
waiting（）;
lockf（stdout,1,0）;
printf（"Childprocess1iskilledbyparent!
\n"）;
lockf（stdout,0,0）;
exit（0）;
}
return0;
}
voidwaiting（）
{
while（wait_mark!
=0）;
}
voidstop（）
{
wait_mark=0;
}
⒈参考程序段前面部分用了两个wait（0）,它们起什么作用？
作用:
wait（0）函数作用就是等待子进程结束,父进程有两个子进程,所以两个wait函数。
⒉参考程序段中每个进程退出时都用了语句exit（0）,为什么？
作用:
就是为了让子进程正常自我终止,正常退出。
⒊参考程序的运行结果就是什么？
Parentprocessiskilled!
⒋参考程序就是否符合实验要求？
为什么？
不符合。
原因:
p1,p2都会捕捉中断信号。
对于父进程,当它捕捉到中断信号时就会转向指定的函数stop（）;函数,之后父进程被唤醒,从被中断处继续执行。
对于子进程,由于没有给它们指定的收到中断信号后的动作,就会执行默认的动作,结束自己。
所以当我们发出中断信号后,父进程按预计的方式正常执行,而p1,p2自己结束了自己,所以不会有预计的结果。
⒌参考程序该如何修改才能得到正确结果？
第一种方法:
在fork（）语句创建子进程之前捕捉中断信号,既signal（SIGINT,stop）;。
第二种方法:
在每个子进程前添加忽略中断信号的语句,既signal（SIGINT,SI
G_IGN）;。
第三种方法:
打开两个界面,一个界面正常编译,另一个界面执行:
ps-a
ps-a|grepa、out
kill-sINT11313
实验三内存管理
【实验目的与要求】
⒈了解虚拟存储技术的特点。
⒉掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
3、了解页面大小与内存实际容量对命中率的影响。
【实验原理】
分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片,成为页面或页。
在进程运行过程中,若其所要访问的页面不在内存而需要把她们调入内存,但内存已无空闲时,为了保证该进程能正常运行,系统必须从内存中调出一页程序或数据,送磁盘的对换区中。
但应将哪个页面调出,须根据一定的算法来确定。
通常,把选择换出页面的算法称为页面置换算法（PageReplacementAlgorithm）。
一个好的页面置换算法,应具有较低的页面更换频率。
从理论上讲,应将那些以后不再会访问的页面换出,或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。
⒈最佳置换算法OPT（Optimal）
⒉先进先出页面置换算法FIFO
⒊最近最久未使用置换算法LRU
⒋最少访问页面置换算法LFU
⒌最近最不经常使用算法NUR
【实验主要仪器与材料】
⒈带Linux操作系统的PC机。
⒉GCC编译器。
【实验内容】
1、通过随机数产生一个指令序列,共320条指令。
指令的地址按下述原则生成:
●50%的指令就是顺序执行的
●25%的指令就是均匀分布在前地址部分
●25%的指令就是均匀分布在后地址部分
具体的实施方法就是:
●在【0,319】的指令地址之间随机选取一起点m;
●顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令;
●在前地址【0,m+1】中随机选取一条指令并执行,该指令的地址为m’;
●顺序执行一条指令,其地址为m’+1;
●在后地址[m’+2,319]中随机选取一条指令并执行;
●重复上述步骤,直到执行320次指令。
2、将指令序列变换成为页地址流
设:
●页面大小为1K;
●用户内存容量为4页到32页;
●用户虚拟容量为32K。
在用户虚存中,按每K存放10条指令排列虚拟地址,即320条指令在虚存中的存放方式为:
第0条~第9条指令为第0页（对应虚存地址为【0,9】）;
第10条~第19条指令为第1页（对应虚存地址为【10,19】）;
…
第310条~第319条指令为第31页（对应虚存地址为【310,319】）。
按以上方式,用户指令可组成32页。
3、计算并输出下列各种算法在不同内存容量下的命中率。
●先进先出的算法（FIFO）;
●最近最少使用算法（LRU）;
●最佳淘汰算法（OPT）:
先淘汰最不常用的页地址;
其中OPT为选作内容。
命中率=1–页面时效次数/页地址流长度
在本实验中,页地址流长度为320,页面失效次数为每次访问相应指令时,该指令所对应的页不在内存的次数。
【实验步骤及实验结果分析】
首先用srand（）与rand（）函数定义与产生指令序列,然后将指令序列变换成相应的页地址流,并针对不同的算法计算出相应的命中率。
//****利用先进先出算法（FIFO）与最近最久未使用算法（LRU）****//
#include
#include
#include
#include
#defineNULL_110000
constintty=320;
intd[320];//指令序列
intpage[320];//页地址流
intp[32];//内存页面
intque;//缺页次数
inttime[32];//记录页面距离上次被访问的时间
voidcreat（intleng）//leng为内存页面数量
{
inti;
que=0;
for（i=0;i{
p[i]=NULL_1;//让内存页面置空
time[i]=0;
}
}
//******先进先出算法
voidFIFO（intleng）//leng为内存页面数量
{
inti,j,k;
intn;//n为要被替换的页面号,按0,1,2、、、leng,0,1,2、、、leng循环变化
creat（leng）;//初始化内存页面
n=0;
for（i=0;i{
k=0;
for（j=0;j{
if（p[j]==NULL_1）
break;
elseif（p[j]==page[i]）//在内存中有该页
{
k=1;
break;
}
}
if（k==0）
{
que++;
p[n]=page[i];
n++;
}
if（n==leng）
n=0;
}
printf（"%-7、3f\t",1-（float）que/ty）;
}
//******最近最久未使用算法
voidLRU（intleng）//leng为内存页面数量
{
inti,j,k;
inttmax;//存time的最大值
intt;//t为要被访问的页面号
creat（leng）;//初始化内存页面
for（i=0;i{
k=0;
for（j=0;j{
if（p[j]==NULL_1）
break;
elseif（p[j]==page[i]）//在内存中有该页
{
k=1;
t=j;
break;
}
}
if（k==0）
{
que++;
tmax=time[0];
t=0;
for（j=0;j{
if（tmax{
tmax=time[j];
t=j;
}
}
p[t]=page[i];
}
for（j=0;jtime[j]++;
time[t]=0;//将这次被访问的页面time清零
}
printf（"%-7、3f\t",1-（float）que/ty）;
}
voidmain（）
{
intm,i;
srand（10*getpid（））;//用来作为初始化随机数队列的"种子"
m=（int）（（float）（ty-1）*（rand（）/（RAND_MAX+1、0）））;//选0-319中一数
for（i=0;i{
d[i]=m;//任选一指令访问点m
d[i+1]=d[i]+1;//顺序执行一条指令m+1
d[i+2]=（int）（（float）d[i]*（rand（）/（RAND_MAX+1、0）））;
//执行前地址指令m',即选择（0,m+1）之间的数
d[i+3]=d[i+2]+1;//顺序执行一条指令
m=（int）（（float）（（ty-1）-d[i+2]）*（rand（）/（RAND_MAX+1、0）））+d[i+2];
//选（m'+2,319）之间数
}
for（i=0;ipage[i]=d[i]/10;
printf（"PAGE\tFIFO\tLRU\t\n"）;
for（i=4;i<=32;i++）//内存从4页到32页
{
printf（"%2d\t",i）;
FIFO（i）;
LRU（i）;
printf（"\n"）;
}
}
程序运行结果:
【思考题】
⒈在内存页面较少（4~5个）的情况时,各种页面置换算法的命中率有何差别？
FIFO算法与LRU算法命中率都在55%左右,相差不大。
⒉在内存页面为7~12个页面时,各种页面置换算法的命中率有何差异？
FIFO算法命中率在59%-67%,LRU算法命中率在60%-70%之间,相对来说,最近最久未使用算法效率更好一些。
⒊在内存页面为25~32个页面时,各种页面置换算法的命中率有何差异？
两种算法命中率都在80%-90%之间,当内存中中页面数逐渐增加时,访问的都已装入内存,从而命中率都较大。
实验四文件系统
【实验目的与要求】
1、熟悉Linux文件系统的文件与目录结构,掌握Linux文件系统的基本特征。
2、掌握命令行方式下文件操作命令与程序中文件操作函数的使用方法。
3、、掌握Linux文件系统的加载与卸载方法。
【实验主要仪器与材料】
1、带Linux操作系统的PC机
2、GCC编译器
【实验内容】
1、熟悉Linux下的文件操作命令,如查瞧文件系统的分区与设备文件、查瞧文件系统目录结构、创建文件夹、复制文件、更改文件权限等,观察Linux文件系统的特点。
2、对比实验一的文件拷贝代码,利用不同的文件操作函数实现文件的输出与拷贝。
3、实现对光盘的加载与访问,然后卸载设备。
4、加载Windows文件系统,实现对Windows数据的访问与共享。
【实验步骤及实验结果分析】
实验内容:
1、df:
查瞧文件系统的状态信息,显示各分区容量、硬盘占用空间、目前剩余空间及挂载点等信息
du:
统计目录或文件所占磁盘空间的大小
mkdir:
创建文件夹
cp:
复制文件
chmod:
更改文件权限
2、
（1）#include
#include
#include
intmain（）
{
FILE*fp;
charch;
charfname[30];
printf（"Pleaseinputthe:
"）;
scanf（"%s",&fname）;
fp=fopen（fname,"r"）;
if（fp==NULL）
{
printf（"Can’topenthefile!
\n"）;
exit（0）;
}
while（（ch=getc（fp））!
=EOF）
{putchar（ch）;}
fclose（fp）;
return0;
}
（2）#include
#include
intmain（）
{
FILE*fp=NULL;
FILE*fq=NULL;
charch;
fq=fopen（"/root/c_code/test/t、c","a"）;
fp=fopen（"/etc/passwd","r"）//打开文件
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