操作系统原理实验报告最终版.docx

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操作系统原理实验报告最终版.docx

操作系统原理实验报告最终版

操作系统原理实验报告(最终版)

 

XX学校

实验报告

   

课程名称:

学院:

专业班:

姓名:

学号:

指导教师:

 

 

 

2011年3月

实验1进程管理

一、实验目的

1.弄清进程和程序的区别,加深对进程概念的理解。

2.了解并发进程的执行过程,进一步认识并发执行的实质。

3.掌握解决进程互斥使用资源的方法。

二、实验内容

1.管道通信

使用系统调用pipe()建立一个管道,然后使用系统调用fork()创建2个子进程p1和p2。

这2个子进程分别向管道中写入字符串:

“Childprocessp1issendingmessage!

”和“Childprocessp2issendingmessage!

”,而父进程则从管道中读出来自两个子进程的信息,并显示在屏幕上。

2.软中断通信

使用系统调用fork()创建2个子进程p1和p2,在父进程中使用系统调用signal()捕捉来自键盘上的软中断信号SIGINT(即按Ctrl-C),当捕捉到软中断信号SIGINT后,父进程使用系统调用kill()分别向2个子进程发出软中断信号SIGUSR1和SIGUSR2,子进程捕捉到信号后分别输出信息“Childprocessp1iskilledbyparent!

”和“Childprocessp2iskilledbyparent!

”后终止。

而父进程等待2个子进程终止后,输出信息“Parentprocessiskilled!

”后终止。

三、实验要求

1.根据实验内容编写C程序。

2.上机调试程序。

3.记录并分析程序运行结果。

四、程序说明和程序流程图

实验1管道通信——所涉及的流程图:

实验2软中断信号——所涉及的流程图:

五、程序代码

/*expe1_1.c*/

#include

voidmain()

{

inti,r,p1,p2,fd[2];

charbuf[50],s[50];

pipe(fd);/*父进程建立管道*/

while((p1=fork())==-1);/*创建子进程P1,失败时循环*/

if(p1==0)/*由子进程P1返回,执行子进程P1*/

{

lockf(fd[1],1,0);/*加锁锁定写入端*/

sprintf(buf,"ChildprocessP1issendingmessages!

\n");

printf("ChildprocessP1!

\n");

write(fd[1],buf,50);/*把buf中的50个字符写入管道*/

sleep(5);/*睡眠5秒,让父进程读*/

lockf(fd[1],0,0);/*释放管道写入端*/

exit(0);/*关闭P1*/

}

else/*从父进程返回,执行父进程*/

{

while((p2=fork())==-1);/*创建子进程P2,失败时循环*/

if(p2==0)/*从子进程P2返回,执行子进程P2*/

{

lockf(fd[1],1,0);/*锁定写入端*/

sprintf(buf,"ChildprocessP2issendingmessages!

\n");

printf("ChildprocessP2!

\n");

write(fd[1],buf,50);/*把buf中的字符写入管道*/

sleep(5);/*睡眠5秒,让父进程读*/

lockf(fd[1],0,0);/*释放管道写入端*/

exit(0);/*关闭P2*/

}

wait(0);

if((r=read(fd[0],s,50))==-1)

printf("cannotreadpipe!

\n");

elseprintf("%s",s);

wait(0);

if((r=read(fd[0],s,50))==-1)

printf("cannotreadpipe!

\n");

elseprintf("%s",s);

exit(0);

}

}

/*exp1-2.c*/

#include

#include

#include

intp1,p2;

voidmain()

{

voidppdo();

voidp1do();

voidp2do();

signal(SIGINT,ppdo);

p1=fork();

if(p1==0)

{

signal(SIGUSR1,p1do);

for(;;);

}

else{

p2=fork();

if(p2==0){

signal(SIGUSR2,p2do);

for(;;);

}

}

wait(0);

wait(0);

printf("\nParentprocessiskilled!

\n");

exit(0);

}

voidppdo()

{

kill(p1,SIGUSR1);

kill(p2,SIGUSR2);

}

voidp1do()

{

printf("\nChildprocessp1iskilledbyparent!

\n");

exit(0);

}

voidp2do()

{

printf("\nChildprocessp2iskilledbyparent!

\n");

exit(0);

}

六、程序运行结果及分析

实验1管道通信运行结果截图

实验1管道通信结果分析

父进程建立后,创建了子进程P1,P2,然后P1,P2分别向管道中写入字符串“Childprocessp1issendingmessage!

”和“Childprocessp2issendingmessage!

”,父进程从管道中读取字符串。

实验2软中断通信运行结果截图

实验2软中断通信结果分析

先预设中断信号SIGINT,再先后创建子进程P1和P2,预设中断信号SIGUSR1,SIGUER2,当我们按下“Ctrl+C”时,父进程发出中断信号SIGUSR1和SIGUSR2,通知子进程P1和P2,子进程捕捉到信号后分别输出相应的信息后,终止,最后输出“Parentprocessiskilled!

”后终止。

实验后思考:

通过这次实验,深刻地了解到了管道通信和软中断通信的详细过程,深化了老师课堂上的讲解,对整个过程的把握也更加清晰了。

很值得的一次学习经历,做完实验,再画流程图,程序运行的细节熟悉于心,了如指掌。

七.指导教师评议

成绩等级

实验2进程通信

一、实验目的

1.了解进程间通信IPC的三种方式:

消息队列、共享内存和信号量。

2.掌握使用消息队列进行进程间通信的有关系统调用和编程方法。

3.掌握使用共享内存进行进程间通信的有关系统调用和编程方法。

二、实验内容

1.消息队列

使用系统调用msgget()、msgsnd()、msgrcv()和msgctl(),用消息队列机制实现客户进程和服务器进程间的通信。

客户进程首先建立一个描述符为msgqid的消息队列,接着向服务器进程发送一个消息正文为自己的进程标识pid且类型为1的消息,然后接收来自服务器进程的消息,并在屏幕上显示:

“Clientreceivesamessagefromxxxx!

”,其中“xxxx”为服务器进程的进程标识。

服务器进程首先捕捉软中断信号(除不能捕捉的SIGKILL),若捕捉到时则调用函数cleanup()删除消息队列,终止服务器进程。

否则重复下列操作:

接收所有类型为1的消息,并在屏幕上显示:

“Serverreceivesamessagefromxxxx!

”,其中“xxxx”为客户进程的进程标识;然后服务器进程将客户进程的进程标识作为返回消息的类型,而将自己的进程标识作为消息正文发送给客户进程。

2.共享内存

使用系统调用shmget()、shmat()和shmctl(),用共享内存机制实现进程间的通信。

其中一个进程向共享内存中写入数据,另一个进程从共享内存中读出数据并显示在屏幕上。

三、实验要求

1.根据实验内容编写C程序。

2.上机调试程序。

3.记录并分析程序运行结果。

四、程序说明和程序流程图

实验1消息队列流程图

五、程序代码

实验1消息队列

/*msg_client.c*/

#include

#include

#include

#defineMSGKEY75

structmsgform

{

longmtype;

charmtext[256];

}

main()

{

structmsgformmsg;

intmsgqid,pid,*pint;/*文件主同组用户其他用户rwxrwxrwx*/

msgqid=msgget(MSGKEY,0777);/*rw-rw-rw-*/

pid=getpid();

pint=(int*)msg.mtext;

*pint=pid;

msg.mtype=1;

msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);

msgrcv(msgqid,&msg,256,pid,0);

printf("client:

receivefrompid%d\n",*pint);

}

/*msg_server.c*/

#include

#include

#include

#defineMSGKEY75

structmsgform

{longmtype;

charmtext[256];}msg;

intmsgqid;

main()

{

inti,pid,*pint;

externcleanup();

for(i=0;i<20;i++)

signal(i,cleanup);

msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);

for(;;)

{msgrcv(msgqid,&msg,256,1,0);

pint=(int*)msg.mtext;

pid=*pint;

printf("server:

receivefrompid%d\n",pid);

msg.mtype=pid;

*pint=getpid();

msgsnd(msgqid,&msg,

sizeof(int),0);}}

cleanup()

{

msgctl(msgqid,IPC_RMID,0);

exit(0);

}

实验2共享内存

#include

#include

#include

#defineSHMKEY75

#defineK1024

intshmid;

main()

{

inti,*pint;

char*addr;

externchar*shmat();

shmid=shmget(SHMKEY,8*K,0777);

addr=shmat(shmid,0,0);

pint=(int*)addr;

while(*pint==0)

for(i=0;i<256;*pint++)

printf("%d\n",*pint++);

}

#include

#include

#include

#defineSHMKEY75

#defineK1024

intshmid;

main()

{

inti,*pint;

char*addr;

externchar*shmat();

externcleanup();

for(i=0;i<20;i++)

sinal(i,cleanup);

shmid=shmget(SHMKEY,16*K,0777|IPC_CREAT);

addr=shmat(shmid,0,0);

printf("addr0x%x\n",addr);

pint=(int*)addr;

for(i=0;i<256;i++)

*pint++=i;

pint=(int*)addr;

*pint=256;

pause();

}

cleanup()

{

shmctl(shmid,IPC_RMID,0);

exit(0);

}

六、程序运行结果及分析

实验1消息队列运行结果截图

客户端:

服务器端:

实验1消息队列结果分析

服务端程序监听软中断,建立消息队列,循环在队列中接收类型为1的消息,每接收一个消息向队列中增加一个类型为客户进程ID的消息。

当发生软中断时,删除消息队列。

客户端进程创建和服务端相同的消息队列,并向消息队列中发送类型为1的消息,然后接收类型为客户进程ID的消息。

实验后思考:

对消息队列的运行情况有所了解,但关于内存共享部分尚需仔细研究。

七.指导教师评议

成绩等级

实验3存储管理

一、实验目的

1.了解虚拟存储管理技术的原理与特点。

2.掌握请求页式存储管理的页面置换算法。

二、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:

(1)50%的指令是顺序执行的;

(2)25%的指令均匀分布在前地址部分;

(3)25%的指令均匀分布在后地址部分。

实现方法:

(1)在[0,319]的指令地址中随机选取一起点s;

(2)执行指令s;

(3)顺序执行一条指令,即执行地址为s+1的指令;

(4)在前地址[0,s]中随机选取一条地址为m的指令执行;

(5)顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令;

(6)在后地址[m+2,319]中随机选取一条指令s;

(7)重复

(2)—(6),直到执行320次指令。

2.将指令序列变换为页地址流,设:

(1)页面大小为1K;

(2)用户内存容量为4—32页面(pageframe);

(3)用户虚存容量为32K(即32页)。

若10条指令为1页,则320条指令在虚存中的存放方式为:

第0页(虚存地址[0,9])——第0条~第9条指令;

第1页(虚存地址[10,19])——第10条~第19条指令;

••••••

第31页(虚存地址[310,319])——第310条~第319条指令。

3.计算并输出下列算法在不同内存容量下的命中率(命中率=1-缺页率)。

(1)FIFO——FirstInFirstOutPageReplacementAlgorithm

(2)LRU——LeastRecentlyUsedPageReplacementAlgorithm

三、实验要求

1.根据实验内容编写C程序。

2.上机调试程序。

3.记录并分析程序运行结果。

四、程序说明和程序流程图

程序说明为:

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:

(1)50%的指令是顺序执行的;

(2)25%的指令均匀分布在前地址部分;

(3)25%的指令均匀分布在后地址部分。

实现方法:

(1)在[0,319]的指令地址中随机选取一起点s;

(2)执行指令s;

(3)顺序执行一条指令,即执行地址为s+1的指令;

(4)在前地址[0,s]中随机选取一条地址为m的指令执行;

(5)顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令;

(6)在后地址[m+2,319]中随机选取一条指令s;

(7)重复

(2)—(6),直到执行320次指令。

2.将指令序列变换为页地址流,设:

(1)页面大小为1K;

(2)用户内存容量为4—32页面(pageframe);

(3)用户虚存容量为32K(即32页)。

若10条指令为1页,则320条指令在虚存中的存放方式为:

第0页(虚存地址[0,9])——第0条~第9条指令;

第1页(虚存地址[10,19])——第10条~第19条指令;

••••••

第31页(虚存地址[310,319])——第310条~第319条指令。

3.计算并输出下列算法在不同内存容量下的命中率(命中率=1-缺页率)。

(1)FIFO——FirstInFirstOutPageReplacementAlgorithm

(2)LRU——LeastRecentlyUsedPageReplacementAlgorithm

流程图:

 

五、程序代码

#include

#include

//#include/*Windows环境,getpid()原型在process.h中*/

#defineTRUE1

#defineFALSE0

#defineINVALID-1

#defineNULL0

#definetotal_instruction320/*指令条数*/

#definetotal_vp32/*虚页数*/

#defineclear_period50/*NRU清0周期*/

typedefstruct{/*页表结构*/

intpn,pfn,counter,time;/*counter(LFU),time(LRU)*/

}pl_type;

pl_typepl[total_vp];/*页表*/

structpfc_struct{/*存储页面表*/

intpn,pfn;

structpfc_struct*next;

};

typedefstructpfc_structpfc_type;

pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;

intdiseffect,a[total_instruction];/*缺页次数,指令流*/

intpage[total_instruction],offset[total_instruction];

voidinitialize(int);

voidfifo(int);

voidlru(int);

voidopt(int);voidlfu(int);voidnur(int);

voidmain()

{

ints,i,j;

srand(getpid()*10);/*进程标识作为随机数种子*/

s=(float)319*rand()/2147483647;/*0~319*/

//s=(float)319*rand()/32767;/*0~319*/

for(i=0;i

{a[i]=s;/*s=0~319*/

a[i+1]=a[i]+1;/*s+1*/

a[i+2]=(float)a[i]*rand()/2147483647;/*m=0~s*/

//a[i+2]=(float)a[i]*rand()/32767;/*m=0~s*/

a[i+3]=a[i+2]+1;/*m+1*/

s=(float)rand()*(317-a[i+2])/2147483147+a[i+2]+2;/*m+2~319*/

//s=(float)rand()*(317-a[i+2])/32767+a[i+2]+2;/*m+2~319*/

}

for(i=0;i

{

page[i]=a[i]/10;

offset[i]=a[i]%10;

}

for(i=4;i<=32;i++)/*用户内存工作区4-32个页面*/

{

printf("%2dpageframes",i);

fifo(i);

lru(i);

opt(i);lfu(i);nur(i);

printf("\n");

}

}

voidinitialize(inttotal_pf)

{

inti;

diseffect=0;

for(i=0;i

{

pl[i].pn=i;pl[i].pfn=INVALID;

pl[i].counter=0;pl[i].time=-1;

}

for(i=1;i

{

pfc[i-1].next=&pfc[i];pfc[i-1].pfn=i-1;

}

pfc[total_pf-1].next=NULL;

pfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1;

freepf_head=&pfc[0];

}

voidfifo(inttotal_pf)

{

inti,j;

pfc_type*p;

initialize(total_pf);

busypf_head=busypf_tail=NULL;/*置忙页面队列为空*/

for(i=0;i

if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页失效*/

{diseffect++;/*失效次数加1*/

if(freepf_head==NULL)/*无空闲页面*/

{p=busypf_head->next;

pl[busypf_head->pn].pfn=INVALID;

freepf_head=busypf_head;

/*释放忙队列中的第1个页面(淘汰1页),即出队*/

freepf_head->next=NULL;

busypf_head=p;/*插入到空闲页面链表*/

}

p=freepf_head->next;

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