操作系统实验1.docx
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操作系统实验1
实验报告书
学生姓名高雪
学号10101020203
班级计10A-2
2011—2012学年第一学期
《计算机操作系统》实验报告
实验名称
进程管理实验
实验序号
一
实验日期
2012/12/16
实验人
高雪
一、实验目的和要求
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．分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法
4.了解Linux系统中进程通信的基本原理
二、相关背景知识
1.进程的定义
进程是操作系统结构的基础；是一个正在执行的程序；计算机中正在运行的程序实例；可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体；由单一顺序的执行显示，一个当前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。
进程是一个独立的可以调度的活动,是一个抽象实体，当它执行某个任务时，将要分配和释放各种资源。
总之，程序在处理机上执行时的活动称为进程。
具有并发性，动态性，独立性，异步性。
2.进程控制
进程有三个状态。
就绪态，阻塞态，运行态。
系统通过使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤销进程以及完成进程各状态间的转换，从而达到多进程高效率并发执行和协调、实现资源共享的目的。
期中，运行态可以转换到阻塞，就绪。
阻塞可以转换到就绪，就绪可以到运行。
3.软中断
软中断是对硬中断的一种模拟，发送软中断就是向接受进程的proc结构中的相应项发送一个特定意义的信号。
软中断必须等到接收进程执行时才能生效。
4.管道
在Linux中，管道是一种使用非常频繁的通信机制。
是一个先进先出，大小固定的缓冲区，用于两个进程之间的单向数据传递。
当管道有空间时，写进程把数据送入管道，否则将被阻塞；如果管道中没有数据或者读进程需要的数据多于其中的数据，读进程被阻塞，否则执行读进程的请求。
三、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。
2．进程的控制
修改已有程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出几行字符，再观察程序执行时屏幕上的现象，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。
3．进程的软中断通信
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Del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，输出如下的信息后终止：
Parentprocessiskilled!
4.进程的管道通信
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分别向管道各写一句话：
Child1issendingamessage!
Child2issendingamessage!
而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。
要求父进程先接收P1
来的消息，然后再接收P2发来的消息
四、关键数据结构与函数的说明
1.fork（）函数
Fork函数用于创建一个新进程（子进程），返回整数。
正确返回：
等于0,创建子进程；大于0，从父进程返回的子进程的ID值。
错误返回：
等于-1,即进程创建失败。
2.wait（）函数
wait（）函数常用来控制父进程与子进程的同步。
在父进程中调用wait（），则父进程被阻塞，进入等待队列，等待子进程结束。
当子进程结束时，会产生一个终止状态字，系统会向父进程发出SIGCHLD信号。
当接到信号后，父进程提取子进程的终止状态字，从wait（）函数返回继续执行原程序。
3.exit（）函数
exit（）函数是进程结束最常调用的函数。
在正常终止时，exit（）函数返回进程结束状态。
4.kill（）函数
kill（）函数用于结束执行中的程序或者任务。
5.signal（）
signal（）函数是允许调用进程控制软中断信号的处理。
6.pipe（）函数
pipe函数用于创建一个管道
五、编译与执行过程截图
1.进程的创建
执行后出现acb和abc两种不同情况
2.进程的控制
（1）加锁情况：
（2）没有加锁的情况
3.进程的软中断通信
4.进程的管道通信
六、实验结果与分析
1．进程的创建：
实验一为进程创建，由以上截图可以看到产生了不同的结果，即acb和abc。
最初只有acb一种情况，反复执行之后，会出现abc。
原因很简单，就是因为进程的特性：
并发性。
进程之间是并发执行的，并发只说一段时间内同时进行。
第一个输出一定是a,因为a在bc之外优先执行，而在执行bc的时候，2者会随机出现，多数情况会是acb,若想更快的见到abc，可以讲c语句变长，如改为thisiscchild.这样进程需要的时间就稍长，后一个会先出现了。
但宏观来看，还是并行的。
2.进程的控制
实验二为进程控制，分为不加锁和加锁的情况，产生的结果不同，在不加锁的情况下，还有由于进程的执行具有并发性这个特征，因此会产生字符交叉的情况，即某一个进程在自己的时间片当中使用处理机，但是当时间片结束，还没有完成，但也必须由下一个进程接管处理机，因为它就进入了阻塞的状态。
多个进程反复出现，所以就出现了输出的字符交叉的情况。
但是，当我们对进程加锁后，就表明只能由该程序占用处理机，必须这些完这段程序才能执行下一段，因为不会出现交叉的情况，这个就是锁的作用。
3.进程的软中断通信
进程的软中断控制，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Del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，输出如下的信息后终止：
Parentprocessiskilled!
4.进程的管道通信
实验四为进程通道管理：
管道机制必须提供以下三方面的协调能力：
（1）首先要判断读写进程双方是否存在，只有确定读进程和写进程都存在的情况下，才能够通过管道进行通信。
（2）同步：
当写进程完成任务，把要求的数据写入管道后，便会睡眠等待。
直到读进程将管道中的数据读取取出后，再把写进程唤醒。
当读进程试图从一空管道中读取数据时，也应睡眠等待，直至写进程将数据写入管道后，才将其唤醒。
（3）互斥:
当一个进程正对pipe进行读/写操作时，另一进程必须等待，程序中使用lock（fd[1],1,0）函数实现对管道的加锁操作，用lock（fd[1],0,0）解除管道的锁定
七、调试时遇到的问题及解决方法（提供BUG截屏）
八、调试后的程序源代码
1.创建进程
#include
main（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;//fork为系统调用函数，作用是创建一个进程
if（p1==0）//fork返回0代表子进程在执行
putchar（'b'）;//打印字母b代表子进程1执行
else//父进程返回子进程的ID
{
while（（p2=fork（））==-1）;//创建子进程2
if（p2==0）
putchar（'c'）;//打印字母c代表子进程2执行
else
putchar（'a'）;//打印字母a代表父进程执行
}
}
2.进程的控制
（1）未加锁：
#include
main（）
{
intp1,p2,i;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1==0）
for（i=0;i<50;i++）
printf（"child%d\n",i）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;
if（p2==0）
for（i=0;i<50;i++）
printf（"son%d\n",i）;
else
for（i=0;i<50;i++）
printf（"daughter%d\n",i）;
}
}
（2）加锁：
#include
#include//系统调用lockf的头文件
main（）
{
intp1,p2,i;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1==0）
{
lockf（1,1,0）;//给该进程加锁，使得其他进程无法访问处理机的输出资源
for（i=0;i<50;i++）
printf（"child%d\n",i）;
lockf（1,0,0）;//解锁
}
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;
if（p2==0）
{
lockf（1,1,0）;
for（i=0;i<50;i++）
printf（"son%d\n",i）;
lockf（1,0,0）;
}
else
{
lockf（1,1,0）;
for（i=0;i<50;i++）
printf（"daughter%d\n",i）;
lockf（1,0,0）;
}
}
}
3．进程的软中断通信
#include
#include
#include
voidwaiting（）,stop（）;
intwait_mark;
main（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;
if（p1>0）
{
while（（p2=fork（））==-1）;
if（p2>0）
{
printf（"parents\n"）;
wait_mark=1;
signal（SIGINT,stop）;
waiting（0）;
kill（p1,16）;
kill（p2,17）;
wait（0）;
wait（0）;
printf（"parentprocessiskilled!
\n"）;
exit（0）;
}
Else
{
printf（"p2\n"）;
wait_mark=1;
signal（17,stop）;
signal（SIGINT,SIG_IGN）;
waiting（）;
lockf（1,1,0）;
printf（"childprocess2iskilledbyparent!
\n"）;
lockf（1,0,0）;
exit（0）;
}
}
Else
{
printf（"p1\n"）;
wait_mark=1;
signal（16,stop）;
signal（SIGINT,SIG_IGN）;
waiting（）;
lockf（1,1,0）;
printf（"childprocess1iskilledbyparent!
\n"）;
lockf（1,0,0）;
exit（0）;
}
}
voidwaiting（）
{
while（wait_mark!
=0）;
}
voidstop（）
{
wait_mark=0;
}
4.进程的管道通信
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
main（）
{
intfd[3];
charOutPipe[100],InPipe[100];
pipe（fd）;
while（（pid1=fork（））==-1）;
if（pid1==0）
{
printf（"p1\n"）;
lockf（fd[1],1,0）;
sprintf（OutPipe,"Child1processissendingamessage!
"）;
OutPipe
write（fd[1],OutPipe,50）;
sleep
（1）;
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
}
else
{
while（（pid2=fork（））==-1）;
if（pid2==0）
{
printf（"p2\n"）;
lockf（fd[1],1,0）;
sprintf（OutPipe,"Child2processissendingamessage!
"）;
OutPipe
write（fd[1],OutPipe,50）;
sleep
（1）;
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
}
else
{
printf（"parent\n"）;
wait（0）;
read（fd[0],InPipe,50）;
printf（"%s\n",InPipe）;
wait（0）;
read（fd[0],InPipe,50）;
printf（"%s\n",InPipe）;
exit（0）;
}}}
九、实验体会
第一次接触Linux系统，使用起来非常不习惯，但是在了解了终端上的一些指令操作后，感觉还可以。
这个实验一共有四个小题，第一个与第二个都涉及到了进程的概念，以及进程具有并发性的这个特点。
通过前2个实验，我对与进程是并发执行的有了深刻的认识。
以前我就觉得它就跟C语言一样，一行一行的执行，不会出现什么跳跃，交错之类的。
简而易见，以前理解错了。
进程之间确实是并发执行的。
另外的2个实验一个是中断的处理，一个是管道的应用。
前者比较抽象，用编程实现的时候比较不好想。
后者还比较容易，我理解的就是管道就是一个中介，数据都放到管道中。
写进程将读进程需要的数据写到管道中，而读进程则借助于管道将写进程写入的数据读取出来。
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