江苏大学操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现.docx
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江苏大学操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现
操作系统课程设计
——Linux系统管理实践与进程通信实现
班级网络10
学号31006100
姓名YHD
指导老师詹永照
二零一三年一月八号
一、设计内容
1、Linux系统的熟悉与常用操作命令的掌握。
2、Linux环境下进程通信的实现。
（实现父母子女放水果吃水果的同步互斥问题，爸爸放苹果，女儿专等吃苹果，妈妈放橘子，儿子专等吃橘子，盘子即为缓冲区，大小为5。
）
二、Linux环境介绍
1、Linux的由来与发展
Linux是一种可以在PC机上执行的类似UNIX的操作系统，是一个完全免费的操作系统。
1991年，芬兰学生LinuxTorvalds开发了这个操作系统的核心部分，因为是Linux改良的minix系统，故称之为Linux。
2、Linux的优点
（1）Linux具备UNIX系统的全部优点
Linux是一套PC版的UNIX系统，相对于Windows是一个十分稳定的系统，安全性好。
（2）良好的网络环境
Linux与UNIX一样，是以网络环境为基础的操作系统，具备完整的网络功能，提供在Internet或Intranet的邮件，FTP，www等各种服务。
（3）免费的资源
Linux免费的资源和公开的源代码方便了对操作系统的深入了解，给编程爱好者提供更大的发挥空间。
3、Linux的特点
1）全面的多任务，多用户和真正的32位操作系统
2）支持多种硬件，多种硬件平台
3）对应用程序使用的内存进行保护
4）按需取盘
5）共享内存页面
6）使用分页技术的虚拟内存
7）优秀的磁盘缓冲调度功能
8）动态链接共享库
9）支持伪终端设备
10）支持多个虚拟控制台
11）支持多种CPU
12）支持数字协处理器387的软件模拟
13）支持多种文件系统
14）支持POSIX的任务控制
15）软件移植性好
16）与其它UNIX系统的兼容性
17）强大的网络功能
三、常用命令介绍
1、目录操作
和DOS相似，Linux采用树型目录管理结构，由根目录（/）开始一层层将子目录建下去，各子目录以/隔开。
用户login后，工作目录的位置称为homedirectory，由系统管理员设定。
‘~’符号代表自己的homedirectory，例如~/myfile是指自己home目录下myfile这个文件。
Linux的通配符有三种：
’*’和’?
’用法与DOS相同，‘-‘代表区间内的任一字符，如test[0-5]即代表test0，test1，……，test5的集合。
（1）显示目录文件ls
执行格式：
ls[-atFlgR][name]（name可为文件或目录名称）
例：
ls显示出当前目录下的文件
ls-a显示出包含隐藏文件的所有文件
ls-t按照文件最后修改时间显示文件
ls-F显示出当前目录下的文件及其类型
ls-l显示目录下所有文件的许可权、拥有者、文件大小、修改时间及名称
ls-lg同上
ls-R显示出该目录及其子目录下的文件
注:
ls与其它命令搭配使用可以生出很多技巧（最简单的如"ls-l|more"），更多用法请输入ls--help查看，其它命令的更多用法请输入命令名--help查看。
（2）建新目录mkdir
执行格式：
mkdirdirectory-name
例：
mkdirdir1（新建一名为dir1的目录）
（3）删除目录rmdir
执行格式：
rmdirdirectory-name或rmdirectory-name
例：
rmdirdir1删除目录dir1，但它必须是空目录，否则无法删除
rm-rdir1删除目录dir1及其下所有文件及子目录
rm-rfdir1不管是否空目录，统统删除，而且不给出提示,使用时要小心
（4）改变工作目录位置cd
执行格式：
cd[name]
例：
cd改变目录位置至用户login时的workingdirectory
cddir1改变目录位置，至dir1目录
cd~user改变目录位置，至用户的workingdirectory
cd改变目录位置，至当前目录的上层目录
cd/user改变目录位置，至上一级目录下的user目录
cd/dir-name1/dir-name2改变目录位置，至绝对路径（Fullpath）
cd回到进入当前目录前的上一个目录
（5）显示当前所在目录pwd
执行格式：
pwd
（6）查看目录大小du
执行格式：
du[-s]directory
例：
dudir1显示目录dir1及其子目录容量（以kb为单位）
du-sdir1显示目录dir1的总容量
（7）显示环境变量
echo$HOME显示家目录
echo$PATH显示可执行文件搜索路径
env显示所有环境变量（可能很多,最好用"env|more","env|grepPATH"等）
（8）修改环境变量，在bash下用export,如：
exportPATH=$PATH:
/usr/local/bin
想知道export的具体用法，可以用shell的help命令：
helpexport
2、文件操作
（1）查看文件（可以是二进制的）内容cat
执行格式：
catfilename或morefilename或catfilename|more
例：
catfile1以连续显示方式，查看文件file1的内容
morefile1
或catfile1|more以分页方式查看文件的内容
（2）删除文件rm
执行格式：
rmfilename
例：
rmfile?
rmf*
（3）复制文件cp
执行格式：
cp[-r]sourcedestination
例：
cpfile1file2将file1复制成file2
cpfile1dir1将file1复制到目录dir1
cp/tmp/file1将file1复制到当前目录
cp/tmp/file1file2将file1复制到当前目录名为file2
cp–rdir1dir2（recursivecopy）复制整个目录。
（4）移动或更改文件、目录名称mv
执行格式：
mvsourcedestination
例：
mvfile1file2将文件file1，更名为file2
mvfile1dir1将文件file1，移到目录dir1下
mvdir1dir2
（5）比较文件（可以是二进制的）或目录的内容diff
执行格式：
diff[-r]name1name2（name1、name2同为文件或目录）
例：
difffile1file2比较file1与file2的不同处
diff-rdir1dir2比较dir1与dir2的不同处
（6）文件中字符串的查找grep
执行格式：
grepstringfile
例：
grepabcfile1查找并列出串abc所在的整行文字
（7）文件或命令的路径寻找
执行格式一：
whereiscommand显示命令的路径
执行格式二：
whichcommand显示路径及使用者所定义的别名
执行格式三：
whatiscommand显示命令的功能摘要
执行格式四：
findsearch-path-namefilename-print搜寻指定路径下某文件的路径
执行格式五：
locatefilename
根据系统预先生成的文件/目录数据库（/var/lib/slocate/slocate.db）查找匹配的文件/目录,查找速度很快,如果有刚进行的文件改变而系统未到执行定时更新数据库的时间,可以打入updatedb命令手动更新。
（8）建立文件或目录的链接ln
例:
lnsourcetarget1建立source文件（已存在）的硬链接,命名为target1
ln-ssourcetarget2建立source文件的符号链接,命名为target2
以下是几个常用命令操作的截图：
四、设计思想
当计算机中两个或多个进程在执行时需要使用公用缓冲区，并且对该缓冲区采取了互斥措施。
这时如果并发执行这些进程就会造成CPU的极大浪费，这是操作系统设计要求不允许的。
而这种现象在操作系统和用户进程中大量存在。
因此为了解决这一问题，提出了同步的概念，即把异步环境下的一组并发进程，因直接制约而互相发送消息、互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。
在本次设计中，爸爸与妈妈、儿子与女儿的进程操作是互斥的，但是爸爸与女儿、妈妈与儿子进程之间的操作是同步的。
因此要利用进程同步的方法来实现这几者之间的操作，当然其中也包含着互斥进程，因为盘子每次只能放入或取出一个水果。
程序设计中有如下四个进程：
father（），mother（），daughter（），son（）。
五、数据结构
1、信号量semid_mutex作为进程的公有信号量，其初始值为1，可以实现进程间的互斥，同时可以表示当前状态下盘子里可以放几个水果，实现进程间的同步。
2、信号量semid_full1为进程father（）与daughter（）的私有信号量，初值为0，表示当前盘子里苹果的数目。
3、信号量semid_full2为进程mother（）与son（）的私有信号量，初值为0，表示当前盘子里橘子的数目。
六、设计流程
爸爸放苹果流程图：
妈妈放橘子流程图：
女儿吃苹果流程图：
儿子吃橘子流程图：
7、源代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9090/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_EMPTY9091
#defineSEMKEY_MUTEX9092
#defineSEMKEY_FULL19093
#defineSEMKEY_FULL29094/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN5/*缓冲区可以存放10个产品*/
#definePRODUCT_LEN1/*每个产品是一个字符串:
<=32字符*/
voidset_sembuf_struct（structsembuf*sem,intsemnum,intsemop,intsemflg）
{
/*设置信号量结构*/
sem->sem_num=semnum;
sem->sem_op=semop;
sem->sem_flg=semflg;
}
intbegin（）
{
char*addr,end;
intshmid;
intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;
structsembufsem_tmp;
/*开辟共享存储区*/
if（（shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
{
printf（"TheBufferHasExisted!
\n"）;
printf（"DoYouWantToDeleteTheBuffer（Y=yes）?
\n====:
"）;
scanf（"%c",&end）;
if（end=='y'||end=='Y'）
{
/*共享存储区、信号量并不随程序的结束而被删除,如果我们没删除的话，
可以用ipcs命令查看,用ipcrm删除
*/
/*释放缓冲区*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3,0777）;
if（shmctl（shmid,IPC_RMID,0）<0）
perror（"shmctl:
falsed"）;
/*同时释放信号量*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;
semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;
semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;
semctl（semid_mutex,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_empty,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_full1,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_full2,0,IPC_RMID）;
}
}
else
printf（"FailToCreateBuffer!
\n"）;
return-1;
}
addr=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*连接缓冲区*/
memset（addr,0,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3）;//初始化存储区为0
shmdt（addr）;/*离开缓冲区*/
/*创建3个信号量:
1个用于对缓冲区互斥,2个用于生产者、消费者同步*/
if（（semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_MUTEXHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEMKEY_MUTEX!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_EMPTYHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEMKEY_EMPTY!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEM_FULL1HasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEM_FULL1!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEM_FULL2HasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEM_FULL2!
\n"）;
return-1;
}
/*给信号量赋初值*/
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,BUFF_LEN,0）;/*BUFF_LEN*/
semop（semid_empty,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/
semop（semid_full1,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/
semop（semid_full2,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,1,0）;/*1*/
semop（semid_mutex,&sem_tmp,1）;
return0;
}
/*下面的P,V是对系统调用的简单封装*/
intP（intsemid）
{
structsembufp_buf;
p_buf.sem_num=0;
p_buf.sem_op=-1;
p_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&p_buf,1）==-1）/*semop参见课件ppt*/
{
perror（"p（semid）falsed"）;
exit
（1）;
}
else
return0;
}
intV（intsemid）
{
structsembufv_buf;/*struct参见课件ppt*/
v_buf.sem_num=0;
v_buf.sem_op=1;
v_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&v_buf,1）==-1）{
perror（"v（semid）failed"）;
exit
（1）;
}
else
return0;
}
intfather（）
{
intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/
intrc1,rc2,rc3;
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;
semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;
semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;
rc1=semctl（semid_empty,0,GETVAL）;
rc2=semctl（semid_mutex,0,GETVAL）;
if（rc1==0）
{
return1;//不能放則等待
}
if（rc2==0）
{
return1;
}
P（semid_empty）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;
printf（"thereis%dplacestoputapples\n",rc1）;
printf（"PUTANAPLLE\n"）;
V（semid_mutex）;
V（semid_full1）;
rc3=semctl（semid_full1,0,GETVAL）;
printf（"daughtercanget%dapples\n",rc3）;
return0;
}
intmother（）
{intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/
intrc1,rc2,rc3;
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;
semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;
semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;
rc1=semctl（semid_empty,0,GETVAL）;
rc2=semctl（semid_mutex,0,GETVAL）;
if（rc1==0）
{
return1;//不能放則等待
}
elseif（rc2==0）
{
return1;
}
P（semid_empty）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;
printf（"thereis%dplacestoputoranges\n",rc1）;
printf（"PUTANORANGE!
!
!
\n"）;
V（semid_mutex）;
V（semid_full2）;
rc3=semctl（semid_full2,0,GETVAL）;
printf（"soncanget%doranges\n",rc3）;
return0;
}
intson（）
{
intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/
intrc1,rc2;
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;
semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;
semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;
rc2=semctl（semid_full1,0,GETVAL）;
rc1=semctl（semid_full2,0,GETVAL）;
if（rc1==0）
{
return1;//不能放則等待
}
P（semid_full2）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;
printf（"SUM:
%dapplesand%doranges\n",rc2,rc1）;
printf（"thereis%dorangestoget\n",rc1）;
printf（"GETANORANGE!
!
!
\n"）;
V（semid_empty）;
V（semid_mutex）;
return0;
}
intdaughter（）
{
intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/
intrc1,
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