操作系统 实验指导书综述.docx

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操作系统实验指导书综述

《操作系统》课程实验

实验1BACI环境下进程的并发执行

【实验目的】

1）了解BACI并发运行环境。

2）使用BACI设计并发程序，深入理解并发概念。

【条件要求】

1）认真阅读和掌握预备知识。

2）上机操作。

【预备知识】

一、BACI简介

并行和同步是计算机科学中的重要课题。

由于对并行和分布式计算的日益重视，理解并行和同步变得愈发重要。

为了获得对于这些概念的感性认识，编写并行程序的实践经验将是必不可少的。

BACI是帮助学生获得需要的“第一手”并行程序设计经验的选项之一。

BACI是Ben-AriConcurrentInterpreter（Ben-Ari并行解释器）的缩写。

编译器和解释器最初由M.Ben-Ari设计完成，主要基于NiklausWirth的Pascal编译器。

最初版本的BACI编译器和解释器基于这些代码，并运行于一个PRIME大型机。

经过大量的修改和扩充，目前版本已经移植到了PC上，支持的语言包括TurboPascal,SunPascal以及C。

此外，编译器和解释器被分成了两个独立的程序。

后来，BACI中还加入了C--编译器，这是一个有限的C++子集，它可以编译C--程序为解释器能够解释的中间代码（PCODEobjectcode）。

与其他并行语言相比，BACI在学生熟悉的语法框架内提供了多种并行技术，所有具有C或Pascal程序设计经验的学生都可以在几小时内掌握BACI的使用，BACI已经被成功地运用于很多大学的课堂教学。

二、C--编译器语法

BACI的C--是C++的一个子集。

换言之，C--符合C++语法，此外，它包括一些限制和新的数据类型，例如：

1）除了标准输入输出（cout，cin，endl）之外不支持其他文件操作。

2）C--BACI只支持简单的C/C++类型：

int和char。

简单类型的常量修饰符（const）也被支持，所有的变量必须在代码块的开头定义。

3）支持字符串类型（string）。

BACI同时包括内建的字符串处理函数，例如stringCopy,stringCompare,stringConcat等等。

4）支持简单类型和字符串数组，数组定义遵循常见的C语法。

5）支持过程和函数，采用标准的作用域规则，参数定义可以使用传值和传递引用的方式，执行开始于对“main（）”的调用。

6）过程控制语句包括if-else，switch/case，for，while，do-while，break和continue，这些语句的句法和标准的C/C++相同。

三、并行结构

1.cobegin

cobegin块包括一组并发执行的进程列表，这样的块不允许嵌套，而且只能出现在主程序中。

列表中的PCODE语句将被解释器以任意、随机的顺序执行，于是多次执行包括cobegin块的相同程序的结果将呈现不可预测性。

主程序将挂起，直到cobegin块终结，此时主程序将恢复执行紧随块后的下一条语句。

下面是一个例子：

cobegin

{

proc1（...）;proc2（...）;...;procN（...）;

}

2.semaphore

semaphore是一个BACI预定义类型，它是一个非负的整数变量，并且只能通过受限的方式访问。

BACI也提供了一个它的子类型——binarysem，这是一个二元信号量，它的值只能是0或1。

信号量函数包括：

●initialsem（semaphores,integer_expression）：

能够初始化BACI中两种信号量s的唯一的函数。

●p（semaphores）和wait（semaphores）：

如果semaphore>0，则递减1并返回，从而调用者能够继续运行；如果semaphore=0，则递减1，p的调用者将休眠。

●v（semaphores）和signal（semaphores）：

如果semaphore=0并且存在等待它的进程，则将随机地唤醒一个，并且semaphore递增1。

无论如何v的调用者将继续。

3.monitors

BACI也支持有限的Hoaremonitor概念，monitor是包括附加属性的C--块，所有monitor变量中的函数都对外可见，但monitor变量不可以在块外访问，而只能由monitor函数访问。

在BACI中，monitor只能在全局域中定义，并且不能嵌套。

任意时刻只能有一个monitor块中的过程或函数被执行。

这一特性使得能够使用monitor来实现互斥。

有三个可以被过程或函数使用的monitor机制：

condition变量，waitc（条件等待）以及signalc（条件信号）。

●condition变量：

只能被monitor的函数访问。

这种变量不能有实际的值，它是进行P操作或V操作的标志。

●voidwaitc（conditioncond,intprio）：

monitor进程将被阻塞，并赋予指定的优先级（prio）以备重新唤醒。

这个阻塞动作允许就绪的其他进程继续执行。

●voidwaitc（conditioncond）：

与waitc调用语义相同，但这一P操作将被赋予优先级10。

●voidsignalc（conditioncond）：

如果存在的话，唤醒等待cond的优先级最高的进程。

●voidempty（conditioncond）：

当没有等待cond的进程时返回“1”，反之返回“0”。

4.其他并行结构

●atomic（原子的）关键字：

如果某个函数被定义为“atomic”，则函数将是不可剥夺的。

解释器将不会在进程切换时中断atomic函数。

●voidsuspend（void）：

将调用进程置为休眠状态。

●voidrevive（intprocess_id）：

激活给定id的进程。

●intwhich_proc（void）：

返回当前进程的线程数。

●intrandom（intrange）：

返回0到“range-1”之间，包括端点的伪随机数。

四、怎样使用BACI

BACIC--编译器源文件的扩展名必须是“.cm”，在BACI中运行程序的步骤是：

1）编译“.cm”文件以获得PCODE文件（.pco）。

命令格式为：

bacc[参数]源文件名

常见的参数包括：

●–h：

显示帮助信息。

●–c：

产生“.pob”目标文件，以便进行后续的连接操作。

2）使用解释器解释执行PCODE（.pco）文件。

命令格式为：

bainterp[参数]PCODE文件名

常见的参数包括：

●–d：

调试模式，单步执行，可以设置断点。

●–e：

在每一进程项旁边显示活动记录（AR）。

●–x：

每一进程退出时显示AR。

●–t：

通知进程结束。

●–h：

显示帮助信息。

●–p：

执行时显示PCODE指令。

【实验内容】

1）设包含可执行文件bacc，bainterp的目录名为“balnxxe”，进入该目录。

#cdbalnxxe

2）使用Vi编辑一个新文件“exam8a.cm”。

#viexam8a.cm

其内容如下：

voidfunc1（）

{

cout<<"**************"<

cout<<"AAAAAAAAAAAAAA"<

cout<<"BBBBBBBBBBBBBB"<

}

voidfunc2（）

{

cout<<"$$$$$$$$$$$$$$"<

cout<<"CCCCCCCCCCCCCC"<

cout<<"DDDDDDDDDDDDDD"<

}

main（）

{

cobegin{func1（）;func2（）;}

}

3）保存退出“exam8a.cm”。

4）在Linux下编译“exam8a.cm”。

#./baccexam8a.cm

5）解释执行“exam8a.pco”。

#./bainterpexam8a.pco

记录执行结果。

6）再次解释执行“exam8a.pco”。

#./bainterpexam8a.pco

比较这次结果与上次结果有何不同，试说明原因。

7）使用Vi编辑一个新文件“exam8b.cm”。

#viexam8b.cm

其内容如下：

intx=0;

inty=0;

voidfunc1（）

{

x=4;

cout<

y=y+x;

}

voidfunc2（）

{

y=3;

cout<

x=x+2;

}

main（）

{

cobegin{func1（）;func2（）;}

cout<<"x=="<

}

8）保存退出“exam8b.cm”。

9）在Linux下编译“exam8b.cm”。

#./baccexam8b.cm

10）解释执行“exam8b.pco”。

#./bainterpexam8b.pco

记录执行结果。

11）再次解释执行“exam8b.pco”。

#./bainterpexam8b.pco

比较这次结果与上次结果有何不同，试说明原因。

并解释每种结果的语句执行次序。

12）使用Vi编辑一个新文件“exam8c.cm”。

#viexam8c.cm

其内容如下：

intx=0;

voidfunc1（）

{

inti=0;

for（i=0;i<50;i=i+1）

{x=x+1;}

}

voidfunc2（）

{

inti=0;

for（i=0;i<50;i=i+1）

{x=x+1;}

}

main（）

{

cobegin{func1（）;func2（）;}

cout<<"x=="<

}

13）保存退出“exam8c.cm”。

14）在Linux下编译“exam8c.cm”。

#./baccexam8c.cm

15）解释执行exam8c.pco

./bainterpexam8c.pco

记录执行结果。

看看x的结果是否等于100。

试说明原因。

16）使用Vi编辑一个新文件“exam8d.cm”。

#viexam8d.cm

其内容如下：

intx=0;

intturn=0;

voidfunc1（）

{

inti=0;

for（i=0;i<50;i=i+1）

{

while（turn!

=0）;

x=x+1;/*临界区*/

turn=1;

}

}

voidfunc2（）

{

inti=0;

for（i=0;i<50;i=i+1）

{

while（turn!

=1）;

x=x+1;/*临界区*/

turn=0;

}

}

main（）

{

cobegin{func1（）;func2（）;}

cout<<"x=="<

}

17）保存退出“exam8d.cm”。

18）在Linux下编译“exam8d.cm”。

#./baccexam8d.cm

19）解释执行“exam8d.pco”。

#./bainterpexam8d.pco

记录执行结果。

看看x的结果是否等于100。

试说明原因。

20）使用Vi编辑一个新文件“exam8e.cm”。

#viexam8e.cm

其内容如下：

intx=0;

semaphores;

voidfunc1（）

{