操作系统课程设计报告.docx
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操作系统课程设计报告
课程设计报告
课程名称：
操作系统课程设计
设计题目：
进程同步P、V操作模拟—吃水果问题
学院：
信息科学与技术学院
专业：
计算机科学与技术
组别：
学生姓名:
学号:
指导教师:
一、操作系统课程设计题目
基于LINUX系统的管理实践与进程控制、进程通信的实现
进程通信题目：
桌上有一只盘子，每次只能放入3只水果。
爸爸专放苹果，妈妈专放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。
利用P，V操作原理来实现爸爸、妈妈、儿子、女儿进程的同步控制，橘子用orange表示，苹果用apple表示，空用empty表示。
二、开发环境
LINUX操作系统
三、分析设计
（一）实验原理
1.原理：
parents（包括father和mother）-->|+++|（缓冲区：
存放3个水果）-->daughter和son。
Parents和daughter、son通过共享缓冲区进行通信，信号量用于对缓冲区互斥访问、对parents和daughter、son进行同步。
2.实验过程共有五个程序：
control,father,mother,son,daughter.其中control是主控程序.
control:
实现对缓冲区的初始化,要求第一个执行的程序，且只需要执行一次。
father:
把一个苹果放入缓冲区中：
输入一个字符串（32字节以内）。
mother:
把一个橘子放入缓冲区当中：
输入一个字符串（32字节以内）。
son:
从缓冲区取出一个橘子：
屏幕上输出一个字符串。
daughter:
从缓冲区取出一个苹果：
屏幕上输出一个字符串。
3.注意：
信号量、共享缓冲区都是系统资源，其总个数有上限。
每个资源的id号在系统中唯一，并且系统不会主动释放它们，所以要小心使用，及时释放资源。
本程序中：
control在执行一次后（成功执行），信号量、共享缓冲区就会分配。
如果再执行它，control会提示资源已经分配，是否要释放它们？
如果键入y（Y）,则资源释放，此后执行father,mother,son,daughter都会报错。
当然也可以使用ipcsipcrm命令来查看或释放资源。
4.为了结构的清晰，程序没有多余的输入或输出。
在father,mother,son,daughter程序中适当的位置增加输出语句，和输入字符语句将程序暂停在某个位置，以观察运行的详细进程。
（二）虚拟机下linux挂载U盘
要求：
让虚拟机GuestOS（Linux）能自动识别U盘。
方法如下：
保持焦点在Linux上，插入U盘，这时宿主操作系统Windows会弹出“找到新设备的提示”，然后一步一步的点下一步，结束以后，就可以在linux使用fdisk-l/dev/sdb命令查看到/dev/sdb1。
在虚拟机识别出USB之后，用fdisk-l/dev/sdb或fdisk-l/dev/hdb查看，会看到U盘被识别为sdb1，使用mount命令挂载即可。
先在/mnt建一个新的文件夹，例如usb。
则可通过：
mount-tvfat/dev/sdb1/mnt/usb挂载上U盘
卸载使用：
umount/dev/sdb1
四、源程序
1.主控程序control.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_son9084
#defineSEMKEY_parents9085
#defineSEMKEY_daughter9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN3/*缓冲区可以存放3个产品*/
#definePRODUCT_LEN10/*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;
}
main（）
{
char*addr,end;
intshmid;
intsemid_parents,semid_daughter,semid_son,semid_mutex;/*信号量id*/
structsembufsem_tmp;
/*开辟共享存储区*/
if（（shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+4,0777|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+4,0777）;
if（shmctl（shmid,IPC_RMID,0）<0）
perror（"shmctl:
"）;
/*同时释放信号量*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;
semid_daughter=semget（SEMKEY_daughter,1,0777）;
semid_parents=semget（SEMKEY_parents,1,0777）;
semid_son=semget（SEMKEY_son,1,0777）;
semctl（semid_mutex,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_daughter,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_parents,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_son,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+2）;
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_daughter=semget（SEMKEY_daughter,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_daughterHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEMKEY_daughter!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_parents=semget（SEMKEY_parents,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEM_parentsHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEM_parents!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_son=semget（SEMKEY_son,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_sonHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEMKEY_son!
\n"）;
return-1;
}
/*给信号量赋初值*/
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,3,0）;/*BUdaughterFF_LEN*/
semop（semid_parents,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/
semop（semid_daughter,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/
semop（semid_son,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,1,0）;/*1*/
semop（semid_mutex,&sem_tmp,1）;
return0;
}
2.父亲:
father.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_son9084
#defineSEMKEY_parents9085
#defineSEMKEY_daughter9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN3/*缓冲区可以存放3个水果*/
#definePRODUCT_LEN6/*每个产品是一个字符串:
<=32字符*/
/*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
return（0）;
}
intV（intsemid）
{
structsembufv_buf;/*structsembuf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
return（0）;
}
main（）
{
char*p_buffer;/*共享存储区地址*/
unsignedcharin;/*生产者存放产品的指针:
它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/
charapple[6];/*事实只使用32B,128为了避免屏幕输入超过32*/
intshmid;/*共享存储区id*/
intsemid_parents,semid_daughter,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+4,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
p_buffer=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*取共享存储区地址*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_parents=semget（SEMKEY_parents,1,0777）;
semid_daughter=semget（SEMKEY_daughter,1,0777）;
/*从屏幕接收产品*/
printf（"PleaseProduct（astring,length<=32B）:
\n====:
"）;
gets（apple）;/*128的意义在此,此函数不检查字符串长度*/
/*进入临界区*/
P（semid_parents）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;/*对公有信号量作P操作*//*二者顺序不能换*/
in=（unsignedchar）（*p_buffer）;
strncpy（p_buffer+4+in*PRODUCT_LEN,apple,PRODUCT_LEN）;
in=（in+1）;
*p_buffer=（char）in;
shmdt（p_buffer）;/*离开缓冲区*/
/*离开临界区*/
V（semid_daughter）;
V（semid_mutex）;
}
3.母亲:
mother.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_son9084
#defineSEMKEY_parents9085
#defineSEMKEY_daughter9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN3/*缓冲区可以存放3个水果*/
#definePRODUCT_LEN10/*每个产品是一个字符串:
<=32字符*/
/*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
return（0）;
}
intV（intsemid）
{
structsembufv_buf;/*structsembuf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
return（0）;
}
main（）
{
char*p_buffer;/*共享存储区地址*/
unsignedcharin;/*生产者存放产品的指针:
它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/
charorange[6];/*事实只使用32B,128为了避免屏幕输入超过32*/
intshmid;/*共享存储区id*/
intsemid_parents,semid_son,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+4,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
p_buffer=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*取共享存储区地址*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_parents=semget（SEMKEY_parents,1,0777）;
semid_son=semget（SEMKEY_son,1,0777）;
/*从屏幕接收产品*/
printf（"PleaseProduct（astring,length<=32B）:
\n====:
"）;
gets（orange）;/*128的意义在此,此函数不检查字符串长度*/
/*进入临界区*/
P（semid_parents）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;/*对公有信号量作P操作*//*二者顺序不能换*/
p_buffer=p_buffer+2;
in=（unsignedchar）（*p_buffer）;
strncpy（p_buffer+2+（BUFF_LEN-1）*PRODUCT_LEN-in*PRODUCT_LEN,orange,PRODUCT_LEN）;
in=（in+1）;
*p_buffer=（char）in;
p_buffer=p_buffer-2;
shmdt（p_buffer）;/*离开缓冲区*/
/*离开临界区*/
V（semid_son）;
V（semid_mutex）;
}
4.女儿:
daughter.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_son9084
#defineSEMKEY_parents9085
#defineSEMKEY_daughter9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN3/*缓冲区可以存放3个水果*/
#definePRODUCT_LEN10/*每个产品是一个字符串:
<=32字符*/
/*下面的P,V是对系统调用的简单封装*/
intP（intsemid）
{
structsembufp_buf;/*structsembuf参见课件ppt*/
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
return（0）;
}
intV（intsemid）
{
structsembufv_buf;
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
return（0）;
}
main（）
{
char*p_buffer;/*共享存储区地址*/
unsignedcharout,in;/*消费者取出产品的指针:
它的值存放在全局缓冲区第二个字节*/
charapple[33];/*它的数据从缓冲区中取*/
intshmid;/*共享存储区id*/
intsemid_parents,semid_daughter,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+4,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
p_buffer=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*取共享存储区地址*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_parents=semget（SEMKEY_parents,1,0777）;
semid_daughter=semget（SEMKEY_daughter,1,0777）;
/*进入临界区*/
P（semid_mutex）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_daughter）;/*对公有信号量作P操作*//*二者顺序不能换*/
p_buffer++;
out=（unsignedchar）（*p_buffer）;
p_buffer=p_buffer-1;
in=（unsignedchar）（*p_buffer）;
strcpy（apple,p_buffer+4+out*PRODUCT_LEN）;
if（in==2）
{
strcpy（p_buffer+4+0*PRODUCT_LEN,p_buffer+4+1*PRODUCT_LEN）;
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