操作系统实验参考.docx
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操作系统实验参考
实验一熟悉Linux/UNIX操作系统
[实验目的]：
1．熟悉Linux/UNIX操作系统的基本操作。
2．掌握常用基本命令和系统调用。
[实验内容]：
1．学会开机、登录、退出与关机
（1）开机
很多时候，一台机器上会安装多个操作系统（OperatingSystem,简称OS），因此，在开机时会让用户选择进入哪个OS。
例如，显示“LinuxLILO：
”，或在Windows2000平台下的菜单选择OS。
选择进入Linux后，Linux初始化过程中会显示大量初始化信息，要求学习者逐渐读懂这些初始化信息，以从这个角度来理解Linux的工作原理。
（2）登录与修改口令
在打开终端或在Neterm之类的程序上进行远程连接后，Linux/UNIX在相应初始化完成后，会在屏幕上显示“login：
”。
此时输入用户名（帐号）并键如回车，则系统显示“password：
”，然后输入保密字（口令）并键入回车。
此时，系统验证所键入的用户名和保密字，若正确则成功进入系统，显示命令提示符#，若不正确则显示“loginincorrect”,并重新显示“login：
”，让用户重新输入正确的用户名和保密字。
有时用户可能想修改保密字，则可以在成功进入系统后，在命令提示符后输入“password”并键入回车，则系统再显示“newpassword：
”。
当用户键入新保密字并键入回车后，系统再显示“retypenewpassword：
”，此时需再次重复键入刚才输入的新保密字并键入回车，则系统接收并记住新的保密字。
如果用户在登录时忘了保密字，则只能找系统管理员解决问题。
或者，如果用户想修改自己的用户名，也只能找系统管理员解决。
（3）退出、注销
当用户不再使用Linux/UNIX时，在离开前，通常应键入logout命令或ctrk+D开退出帐号。
若是在PC上安装Linux/UNIX下，则此步骤可以省略而键入halt或reboot命令。
若是在多用户机器上（终端/网络登录），则此步骤最好不要略过，否则会导致计帐或安全上的问题。
（4）关机或重启
在Linux/UNIX下，涉及到关机或重启的命令有：
a）键入halt命令。
这是最常用的关机方式。
b）如果用户只是想退出Linux操作系统，并不想关机，还想再进入其他OS（例如Windows），则键入reboot命令（重启）。
c）在多用户机器上，系统管理员在关机（键入halt命令）前，通常要键入shutdown命令。
这是一条广播性质的命令，通知各用户即将关机，以便给各用户留下一定的时间作保存、退出等工作。
d）在窗口工作方式下，可以通过与Windows类似的开始菜单来关机或重启：
“开始”—“关闭系统”—“关机或重启”—……。
2．窗口工作方式与中断工作方式
早期的UNIX版本都是传统的终端工作方式，这种工作方式在系统启动后就显示命令提示符，没有多个窗口。
随着Macintosh和Windows这样的窗口界面的出现和普及，UNIX和Linux开始引入窗口工作方式。
UNIX和Linux下的窗口平台都基于X-Windows，有KDE窗口平台，GNOME窗口平台、SUNOpenWindows窗口平台等。
用户登录后就进入终端工作方式，用户可以在终端工作方式下键入“starts”命令进入窗口工作方式。
进入窗口工作方式后，可以按Ctrl+Alt+F2进入终端工作方式，之后可按Ctrl+Alt+F7再从终端工作方式回到窗口工作方式。
窗口工作方式与在Windows下的工作方式类似，可以在桌面上开多个窗口。
Linux/UNIX窗口工作方式下，一个窗口可以对应一个进程，也可以对应多个进程，例如一个Shell窗口（类似与Windows下的DOS窗口）。
3．常用命令/系统调节列表
表1.1给出了Linux/UNIX各章实验开始前必须掌握的最基本的常用命令。
表1.2给出了Linux/UNIX下各章实验开始前必须掌握的最基本和常用的系统调用。
表1.1Linux/UNIX各章实验开始前必须掌握的基本常用命令
命令名
功能
Rs
显示进程状态
Kill
给进程发信号，杀死进程
Rm
删除文件或目录（removefilesordirectories）
Cp
复制文件和目录（copyfilesanddirectories）
Cat
将指定文件（或标准输入）内容输出至标准输出（通常的用途是显示文件内容），当输入文件为多个时则为合并输出（concatenatefilesandprintonstandardoutput）
More
文件分页显示的交互式工具（filesperusalfilterforcrtviewing）
Ls
显示文件属性和目录内容
Chmod
改变文件访问权限（changefileaccesspermissions）
mkdir
建立目录（makedirectories）
Pwd
显示当前目录名/工作目录名（printnameofcurrent/workingdirectory）
Echo
显示一行（displayalineoftext）
chear
清屏（cleartheterminalscreen）
表1.2Linux/UNIX各章实验开始前必须掌握的基本常用系统调用
名称
功能
Open,
creat
打开和/或建立一个文件或设备
（openandpossiblycreateafileordevice）
Close
关闭一个文件描述字（closeafiledescriptor）
Read
读文件（readfromafiledescriptor）。
对于一个已打开的文件，通过它的文件描述字，读该文件的内容
Write
写文件（writetoafiledescriptor）。
对于一个已打开的文件，通过它的文件描述字，写该文件的内容
Lseek
改变文件内当前读写指针位置（repositionread/writefileoffset）
4．外存目录树结构
以Linux2.2版为例,外存目录树结构如图1.1所示。
图中，Linux命令实用程序放在/bin和/usr/bin下，源码放在/usr/src下，内核程序文件vmlinux放在/boot下，设备特别文件放在/dev下，帮助文件放在/usr/man下，用户主目录通常放在/home下……
/
rootbinbootdevhomelibmnfprocusr
binsrcmanlib
图1.1Linux外存目录树结构
5．程序开发工具:
编辑、编译、连接、调试
i.编辑程序
Linux/UNIX的编辑程序有Emacs、vi、ed等。
笔者建议使用Emacs.
ii.编译程序
编译、调试C程序时，可以在Emacs中编译，也可以在命令行下编译：
#ccf.c
上述命令行编译C源程序f.c，输出的可执行目标程序为a.out。
#ccf.c–of
上述命令行编译C源程序f.c，输出的可执行目标程序为f。
#cc–cf.c
上述命令行编译C源程序f.c，但只输出目标模块f.o。
iii.调试程序
Linux下的常用调试程序是GDB。
此外，ptrace系统调用（跟踪进程执行）、strace命令（跟踪系统调用与信号）、Ltrace命令（跟踪库函数调用，alibrarycalltracer）等，也可以用来辅助调试。
iv.make程序
如果所编制的程序由几十个模块组成，修改其中任一模块时都要将这几十个模块重新连接，则此时make可以大大提高工作效率，减少很多重复性劳动。
6．SHELL
Linux/UNIX的命令解释器俗称SHELL,具有以下两个功能：
（1）显示命令提示符，接收、解释、启动执行命令行。
（2）解释执行批处理文件（Shellscript）,提供很多内部命令和大量命令组合功能。
Linux/UNIX下的SHELL有很多种，有CSH、BSH、KSH等。
7．如何获得帮助信息和技术资料
（1）联机帮助命令man、info和—help选项
例如，要查询cat命令的功能和用法，键入以下3个命令行中的任意一个即可。
#mancat
#infocat
#cat–help
man命令提供的联机帮助信息有8节，分别对应以下内容：
man1命令
man2系统调用
man3库函数
man4设备驱动程序和设备特别文件
man5系统文件
man6游戏
man7宏程序包和语言约定
man8系统管理和维护工具
（2）其他帮助
这包括厂家提供的手册、市场上销售的各种参考书，各种网上资源等。
此外，有些窗口平台带有联机帮助菜单项。
实验二进程的创建和控制
[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）加深对进程管理概念的理解。
（4）分析进程的创建过程。
[实验预备内容]：
（1）阅读Linux的fork．c源码文件。
（2）a.Linux/UNIX的进程和CPU管理类命令:
（8个）
命令名
功能
Ps
显示进程状态
Pstree
显示进程树（displayatreeofprocesses）
Kill
给进程发信号
Killhall
按名给进程发信号（killprocessesbyname）
Skill,snice
报告进程状态（reportprocessstatus）
Top
显示进程状态（displaytopCPUprocesses）
Procinfo
显示从/proc搜集的系统状态信息
Idle
使进程0进入idle状态（makeprocess0idle）
b.Linux/UNIX进程和CPU管理类系统调用:
类别
个数
列举
进程建撤与状态改变
13
Fork（）,clone（）,vfork（）,execve（）,exit（）,nanosleep（）,
pause（）,wait（）,waitpid（）,wait4（）,wait3（）,kill（）,killpg（）
进程调度优先级管理
11
Getpriority,setpriority,nice,sched_get_priority_max,sched_get_priority_min,
Sched_setparam,sched_getparam,sched_setscheduler,sched_getscheduler,sched_rr_get_interval,sched_yield
进程号（组）的设置与查看
7
Getpid,getppid,setpgid,getpgid,setpgrp,getpgrp,setsid
进程跟踪调试和进程运行时间
2
Ptrace（）,times
其他与进程/CPU管理相关的系统调用
6
Personality,vm86,prctl,acct,idle,vm86old
c.Linux/UNIX进程和CPU管理类系统调用
（1）：
与进程建撤和状态有关的系统调用（13个）
名/格式/参数
功能
参数/返回值的解释
其他说明
fork（）,
vfork（）
建立一个子进程
（createachildprocess）
对父进程：
返回子进程号。
对子进程：
返回0
不成功：
返回-1
Linux2.2下，vfork只是fork的一个别名而已，两者完全相同。
而在UNIX下两者则有所区别。
intclone（int（*fn）
（void*arg）,
Void*childstack,intflags,void*arg）
建立一个子进程（creatachildprocess）
仅在Linux下有。
intexecve（constchar*filename,
char*constargv[],char*constenvp[]）;
执行程序（executeprogram）
功能：
用指定程序覆盖当前程序代码
返回：
成功与否
在库函数级对应execle,execlp,execl,execv,execvp五个函数。
参见man3
_exit
terminatethecurrent
process
终止当前进程
nanosleep
pause
executionforaspecifiedtime
暂停执行指定的一段时间
wait,waitpid
waitforprocess
termination
等待进程终止
wait3,wait4
waitforprocess
Termination,
BSDtyle
BSD风格的等待进程终止
kill
sendsignaltoaprocess
向一个进程发信号
killpg
sendsignaltoaprocessgroup
向一个进程组发信号
pause
waitforsignal
等待信号
d.Linux/UNIX进程和CPU管理类系统调用
（2）与进程号/组有关的系统调用（7个）
名/格式
功能
Getpid,
getppid
获得进程号（getprocessidentification）
Setpgid,
getpgid,
setpgrp,
getpgrp
设置/查询进程组（set/getprocessgroup）
setsid
建立一个会话并设置进程组号
（createsasessionandsetstheprocessgroupID）
e.Linux/UNIX进程和CPU管理类系统调用（3）：
与进程调度有关的系统调用（11个）
名/格式
功能
getpriority,setpriority
设置/查看程序调度优先级
（get/setprogramschedulingpriority）
nice
改变进程优先级（changeprocesspriority）
sched_get_priority_max,
sched_get_priority_min
设置静态优先级范围（getstaticpriorityrange）
sched_setparam,sched_getparam
设置/查看调度参数
（setandgetschedulingparameters）
sched_setscheduler,sched_getscheduler
设置/查看调度算法和参数
（setandgetschedulingalgorithm/parameters）
sched_rr_get_interval
查看指定进程的SCHED_RR值（gettheSCHED_RRintervalforthenamedprocess）
f.Linux/UNIX进程管理类系统调用（4）:
与进程跟踪/进程运行时间有关的系统调用（2个）
名/格式
功能
ptrace
进程跟踪（processtrace）
times
得到进程时间（getprocesstimes）
g.Linux/UNIX进程和CPU管理类系统调用（5）:
其他与进程和CPU管理有关的系统调用（6个）
名/格式
功能
prctl
进程控制（operationsonaprocess）
personality
设置进程执行域（settheprocessexecutiondomain）
acct
开/关进程记帐（switchprocessaccountingonoroff）
idle
使进程0进入idle状态（makeprocess0idle）
vm86old,vm86
进入虚拟8068方式（entervirtual8068mode）
h.Linux线程库常用函数
函数名
功能
pthread_create
建立一个新线程
pthread_cancel,pthread_setcancelstate,
pthread_setcanceltype,pthread_testcancel
线程撤消（threadcancellation）
pthread_join
等待另一线程终止
pthread_exit
退出当前线程
pthread_sigmask,pthread_kill,sigwait
线程中的信号处理
[实验内容]：
（1）进程的创建
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”和字符“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（（pl=fork（））==-1）；/*创建子进程p1*/
if（pl＝=0）/*子进程创建成功*/
putchar（‘b’）；
else
{
while（（p2=fork（））==-1）；/*创建另一个子进程*/
if（p2==0）/*子进程创建成功*/
putchar（‘c’）;
elseputchar（‘a’）;/*父进程执行*/
}
}
<运行结果>
bca（有时会出现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，因此在主进程创建进程2的同时，进程1就输出了“b”，而进程2和主程序的输出次序是有随机性的，所以会出现上述结果。
（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，在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，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。
<程序1>
#include
main（）
{
intpl，p2，i;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1==0）
for（i＝0;i<500；i++）
printf（"child％d\n”，i）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;
if（p2==0）
for（i=0;i<500;i++）
printf（“son％d\n”,i）
else
for（i＝0，i<500;i++）
printf（"daughter％d\n”，i）;
}
}
<运行结果>
child．．．
son．．．
daughter．．．
daughter．．．
或child
．．．son
．．．child
．．．son
．．．daughter
．．．等
分析：
由于函数printf（）输出的字符串之间不会被中断，因此，字符串内部的字符顺序输出时不变。
但是，由于进程并发执行时的调度顺序和父子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。
这与打印单字符的结果相同。
<程序2>
#include
main（）
{
intp1，p2，i；
while（（pl=fork（））==-1）;
if（pl==0）
{
lockf（1，1，0），
for（i=0;i<500;i++）printf（（“child%d/n”,i）;
lockf（1，0，0）;
}
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;
if（p2==0）
{
lockf（1，1，0）;
for（i=0;i<500;i++）printf（“son%d\n”,i）;
lockf（1，0，0）;
}
else
{
lockf（1，1，0）;
for（i=0;i<500;i++）printf（“daughter%d\n”,i）;
lockf（1，0，0）;
}
}
}
<运行结果>
大致与未上锁的输出结果相同，也是随着执行时间不同，输出结果的顺序有所不同。
分析：
因为上述程序执行时，不同进程之间不存在共享临界资源（其中打印机的互斥性已由操作系统保证）问题，所以，加锁与不加锁效果相同。
实验三实现进程的软中断通信
[实验目的]：
1．掌握基本的软中断通信方法。
2．利用系统调用signal（）捕捉中断信号。
3．理解Linux系统中的进程通信的基本原理。
[实验内容]：
（1）编制一段程序，使其实现进程的软中断通信。
要求：
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^C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：
ChildProcessllisKilledbyParent!
ChildProcessl2isKilledbyParent!
父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：
ParentProcessisKilled!
（2）在上面的程序中增加语句signal（SIGINT，SIG_IGN）和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Del键信号以及忽略中断信号。
<任务1程序>
#include
#include
#include
voidwaiting（），stop（）;
intwait_mark;
main（）
{
intpl，p2,stdout;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建进程p1*/
if（p1>0）
{
while（（p2=fork（））==-1）;
if（p2>0）
{
wait_mark=1;
signal（SIGINT，stop）;/*接收Del信号，并转stop*/
waiting（0）;
kill（p1，16）;/*向p1发中断信
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