操作系统实验答案.docx
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操作系统实验答案
部分实验答案
第三部分操作系统实验指导
实验3指导
[实验内容]
1．进程的创建
〈任务〉
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“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;
if（p1=fork（））/*子进程创建成功*/
putchar（'b'）;
else
{
if（p2=fork（））/*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abc的任意的排列）
分析：
从进程执行并发来看，输出abc的排列都是有可能的。
原因：
fork（）创建进程所需的时间虽然可能多于输出一个字符的时间，但各个进程的时间片的获得却不是一定是顺序的，所以输出abc的排列都是有可能的。
2．进程的控制
<任务>
）
修改已编写好的程序，将每个程序的输出由单个字符改为一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。
如果在程序中使用系统调用lockf（）来给每个程序加锁，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（）
{
intp1,p2,i;
if（p1=fork（））
{
for（i=0;i<500;i++）
^
printf（"parent%d\n",i）;
wait（0）;/*保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit（0）;
}
else
{
if（p2=fork（））
{
for（i=0;i<500;i++）
printf（"son%d\n",i）;
—
wait（0）;/*保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit（0）;/*向父进程信号0且该进程推出*/
}
else
{
for（i=0;i<500;i++）
printf（“grandchild%d\n",i）;
exit（0）;
}
}
—
}
〈运行结果〉
parent….
son…
grandchild…
grandchild…
或grandchild
…son
…grandchild
[
…son
…parent
分析：
由于函数printf（）输出的字符串之间不会被中断，因此,每个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;
if（p1=fork（））
。
{
lockf（1,1,0）;
for（i=0;i<500;i++）
printf（"parent%d\n",i）;
lockf（1,0,0）;
wait（0）;/*保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit（0）;
}
else
{
·
if（p2=fork（））
{
lockf（1,1,0）;
for（i=0;i<500;i++）
printf（"son%d\n",i）;
lockf（1,0,0）;
wait（0）;/*保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit（0）;
}
~
else
{
lockf（1,1,0）;
for（i=0;i<500;i++）
printf（"daughter%d\n",i）;
lockf（1,0,0）;
exit（0）;
}
}
}
?
<运行结果〉
输出parent块,son块,grandchild块的顺序可能不同，但是每个块的输出过程不会被打断。
分析：
因为上述程序执行时，lockf（1,1,0）锁定标准输出设备，lockf（1,0,0）解锁标准输出设备，在lockf（1,1,0）与lockf（1,0,0）中间的for循环输出不会被中断，加锁与不加锁效果不相同。
3．软中断通信
〈任务1〉
编制一段程序，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来的中断信号（即按ctrl+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：
childprocess1iskilledbyparent!
，
childprocess2iskilledbyparent!
父进程等待两个子进程终止后，输出以下信息后终止：
parentprocessiskilled!
<程序流程图>
〈程序〉
#include<>
#include<>
#include<>
voidwaiting（）,stop（）,alarming（）;
intwait_mark;
main（）
{
intp1,p2;
[
if（p1=fork（））/*创建子进程p1*/
{
if（p2=fork（））/*创建子进程p2*/
{
wait_mark=1;
signal（SIGINT,stop）;/*接收到^c信号，转stop*/
signal（SIGALRM,alarming）;/*接受SIGALRM
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）;
signal（SIGINT,SIG_IGN）;/*忽略^c信号*/
while（wait_mark!
=0）;
lockf（1,1,0）;
printf（"childprocess2iskilledbyparent!
\n"）;
lockf（1,0,0）;
exit（0）;
}
}
else
，
{
wait_mark=1;
signal（16,stop）;
signal（SIGINT,SIG_IGN）;/*忽略^c信号*/
while（wait_mark!
=0）
lockf（1,1,0）;
printf（"childprocess1iskilledbyparent!
\n"）;
lockf（1,0,0）;
exit（0）;
}
|
}
voidwaiting（）
{
sleep（5）;
if（wait_mark!
=0）
kill（getpid（）,SIGALRM）;
}
}
voidalarming（）
{
wait_mark=0;
}
voidstop（）
{
wait_mark=0;
}
}
<运行结果>
不做任何操作等待五秒钟父进程回在子进程县推出后退出，并打印退出的顺序；或者点击ctrl+C后程序退出并打印退出的顺序。
〈任务2〉
在上面的任务1中，增加语句signal（SIGINT,SIG_IGN）和语句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）分别为忽略键信号以及忽略中断信号。
<程序>
#include<>
#include<>
#include<>
：
intpid1,pid2;
intEndFlag=0;
intpf1=0;
intpf2=0;
voidIntDelete（）
{
kill（pid1,16）;
kill（pid2,17）;
》
}
voidInt1（）
{
printf（"childprocess1iskilled!
byparent\n"）;
exit（0）;
}
voidInt2（）
{
printf（"childprocess2iskilled!
byparent\n"）;
《
exit（0）;
}
main（）
{
intexitpid;
if（pid1=fork（））
{
if（pid2=fork（））
{
￥
signal（SIGINT,IntDelete）;
waitpid（-1,&exitpid,0）;
waitpid（-1,&exitpid,0）;
printf（"parentprocessiskilled\n"）;
exit（0）;
}
else
{
signal（SIGINT,SIG_IGN）;
signal（17,Int2）;
}
pause（）;
}
}
else
{
signal（SIGINT,SIG_IGN）;
signal（16,Int1）;
pause（）;
}
}
【
〈运行结果〉
请读者将上述程序输入计算机后，执行并观察。
3．进程的管道通信
〈任务〉
编制一段程序，实现进程的管道通信。
使用系统调用pipe（）建立一条管道线。
两个子进程p1和p2分别向通道个写一句话：
child1processissendingmessage!
child2processissendingmessage!
而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。
〈程序〉
—
#include<>
#include<>
#include<>
intpid1,pid2;
main（）
{
intfd[2];
charoutpipe[100],inpipe[100];
pipe（fd）;/*创建一个管道*/
'
while（（pid1=fork（））==-1）;
if（pid1==0）
{
lockf（fd[1],1,0）;
sprintf（outpipe,"child1processissendingmessage!
"）;
/*把串放入数组outpipe中*/
write（fd[1],outpipe,50）;/*向管道写长为50字节的串*/
sleep（5）;/*自我阻塞5秒*/
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
*
}
else
{
while（（pid2=fork（））==-1）;
if（pid2==0）
{
lockf（fd[1],1,0）;/*互斥*/
sprintf（outpipe,"child2processissendingmessage!
"）;
write（fd[1],outpipe,50）;
sleep（5）;
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
}
else
{
wait（0）;/*同步*/
read（fd[0],inpipe,50）;/*从管道中读长为50字节的串*/
printf（"%s\n",inpipe）;
wait（0）;
read（fd[0],inpipe,50）;
…
printf（"%s\n",inpipe）;
exit（0）;
}
}
}
〈运行结果〉
延迟5秒后显示:
child1processissendingmessage!
再延迟5秒:
child2processissendingmessage!
^
〈分析〉
请读者自行完成。
<思考>
1、程序中的sleep（5）起什么作用
2、子进程1和2为什么也能对管道进行操作
实验4指导
[实验内容]
1消息的创建，发送和接收
〈任务〉
|
使用系统调用msgget（）,megsnd（）,msgrev（）及msgctl（）编制一长度为1K的消息发送和接收的程序。
〈程序设计〉
（1）为了便于操作和观察结果，用一个程序为“引子”，先后fork（）两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。
（2）SERVER端建立一个Key为75的消息队列，等待其他进程发来的消息。
当遇到类型为1的消息，则作为结束信号，取消该队列，并退出SERVER。
SERVER每接收到一个消息后显示一句“（server）received”。
（3）CLIENT端使用Key为75的消息队列，先后发送类型从10到1的消息，然后退出。
最后的一个消息，既是SERVER端需要的结束信号。
CLIENT每发送一条消息后显示一句“（client）sent”。
（4）父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。
〈程序〉
#include<>
#include
#include
。
#include
#defineMSGKEY75/*定义关键词MEGKEY*/
structmsgform/*消息结构*/
{
longmtype;
charmtexe[100];/*文本长度*/
}msg;
intmsgqid,i;
voidCLIENT（）
$
{
inti;
msgqid=msgget（MSGKEY,0777|IPC_CREAT）;
for（i=10;i>=1;i--）
{
=i;
printf（"（client）sent\n"）;
msgsnd（msgqid,&msg,1030,0）;/*发送消息msg入msgid消息队列*/
}
exit（0）;
;
}
voidSERVER（）
{
msgqid=msgget（MSGKEY,0777|IPC_CREAT）;/*由关键字获得消息队列*/
do
{
msgrcv（msgqid,&msg,1030,0,0）;/*从队列msgid接受消息msg*/
printf（"（server）receive\n"）;
}while!
=1）;/*消息类型为1时，释放队列*/
/
msgctl（msgqid,IPC_RMID,0）;
}
main（）
{
if（fork（））
{
SERVER（）;
wait（0）;
；
}
elseCLIENT（）;
}
<结果>
从理想的结果来说，应当是每当Client发送一个消息后，server接收该消息，Client再发送下一条。
也就是说“（Client）sent”和“（server）received”的字样应该在屏幕上交替出现。
实际的结果大多是，先由Client发送两条消息，然后Server接收一条消息。
此后Client
Server交替发送和接收消息.最后一次接收两条消息.Client和Server分别发送和接收了10条消息,与预期设想一致
<分析>
>
message的传送和控制并不保证完全同步,当一个程序不再激活状态的时候,它完全可能继续睡眠,造成上面现象,在多次sendmessage后才receivemessage.这一点有助于理解消息转送的实现机理.
2.共享存储区的创建,附接和断接
<任务>
使用系统调用shmget（）,sgmat（）,smgdt（）,shmctl（）编制一个与上述功能相同的程序.
<程序设计>
（1）为了便于操作和观察结果，用一个程序为“引子”，先后fork（）两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。
（2）SERVER端建立一个KEY为75的共享区,并将第一个字节置为-1.作为数据空的标志.等待其他进程发来的消息.当该字节的值发生变化时,表示收到了该消息,进行处理.然后再次把它的值设为-1.如果遇到的值为0,则视为结束信号,取消该队列,并退出每接收到一次数据后显示”（server）received”.
（3）CLIENT端建立一个为75的共享区,当共享取得第一个字节为-1时,Server端空闲,可发送请求.CLIENT随即填入9到0.期间等待Server端再次空闲.进行完这些操作后,CLIENT退出.CLIENT每发送一次数据后显示”（client）sent”.
（4）父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束.
^
<程序>
#include
#include
#include
#defineSHMKEY75/*定义共享区关键词*/
intshmid,i;
int*addr;
CLIENT（）
》
{
inti;
shmid=shmget（SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT）;/*获取共享区，长度1024，关键词SHMKEY*/
addr=shmat（shmid,0,0）;/*共享区起始地址为addr*/
for（i=9;i>=0;i--）
{
while（*addr!
=-1）;
printf（"（client）sent\n"）;/*打印（client）sent*/
*addr=i;/*把i赋给addr*/
}
、
exit（0）;
}
SERVER（）
{
do
{
while（*addr==-1）;
printf（"（server）received\n%d",*addr）;/*服务进程使用共享区*/
if（*addr!
=0）
\
*addr=-1;
}while（*addr）;
wait（0）;
shmctl（shmid,IPC_RMID,0）;
}
main（）
{
shmid=shmget（SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT）;/*创建共享区*/
addr=shmat（shmid,0,0）;/*共享区起始地址为addr*/
；
*addr=-1;
if（fork（））
{
SERVER（）;
}
else
{
CLIENT（）;
}
}
！
<结果〉
运行的结果和预想的完全一样。
但在运行的过程中，发现每当client发送一次数据后，server要等大约秒才有响应。
同样，之后client又需要等待大约秒才发送下一个数据。
<分析〉
出现上述的应答延迟的现象是程序设计的问题。
当client端发送了数据后，并没有任何措施通知server端数据已经发出，需要由client的查询才能感知。
此时，client端并没有放弃系统的控制权，仍然占用CPU的时间片。
只有当系统进行调度时，切换到了server进程，再进行应答。
这个问题，也同样存在于server端到client的应答过程之中。
3比较两种消息通信机制中的数据传输的时间
由于两种机制实现的机理和用处都不一样，难以直接进行时间上的比较。
如果比较其性能，应更加全面的分析。
（1）消息队列的建立比共享区的设立消耗的资源少.前者只是一个软件上设定的问题,后者需要对硬件操作,实现内存的映像,当然控制起来比前者复杂.如果每次都重新进行队列或共享的建立,共享区的设立没有什么优势。
（2）当消息队列和共享区建立好后,共享区的数据传输,受到了系统硬件的支持,不耗费多余的资源;而消息传递,由软件进行控制和实现,需要消耗一定的CPU资源.从这个意义上讲,共享区更适合频繁和大量的数据传输.
（3）消息的传递,自身就带有同步的控制.当等到消息的时候,进程进入睡眠状态,不再消耗CPU资源.而共享队列如果不借助其他机制进行同步,接受数据的一方必须进行不断的查询,白白浪费了大量的CPU资源.可见消息方式的使用更加灵活.
】
实验5指导
[实验内容]
<任务>
设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用下列算法计算访问命中率.
（1）进先出的算法（FIFO）
（2）最近最少使用的算法（LRU）
（3）最佳淘汰算法（OPT）
（4）最少访问页面算法（LFU）
（5）最近最不经常使用算法（NUR）
》
命中率=（1-页面失效次数）/页地址流长度
<程序设计〉
本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。
即首先用srand（）和rand（）函数定义和产生指令序列，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。
相关定义如下：
1数据结构
（1）页面类型
typedefstruct{
intpn,pfn,counter,time;
}pl-type;
其中pn为页号,pfn为面号,counter为一个周期内访问该页面的次数,time为访问时间.
（2）页面控制结构
"
pfc-struct{
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
}
typedefstructpfc_structpfc_type;
pfc_typepfc_struct[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;
pfc_type*busypf_tail;
其中pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构,
*freepf_head为空页面头的指针,
*busypf_head为忙页面头的指针,
…
*busypf_tail为忙页面尾的指针.
2．函数定义
（1）Voidinitialize（）:
初始化函数,给每个相关的页面赋值.
（2）VoidFIFO（）:
计算使用FIFO算法时的命中率.
（3）VoidLRU（）:
计算使用LRU算法时的命中率.
（4）VoidOPT（）:
计算使用OPT算法时的命中率.
（5）VoidLFU（）:
计算使用LFU算法时的命中率.
（6）VoidNUR（）:
计算使用NUR算法时的命中率.
3.变量定义
（1）inta[total_instruction]:
指令流数据组.
|
（2）intpage[total_instruction]:
每条指令所属的页号.
（3）intoffset[tot
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