操作系统课设报告.docx
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操作系统课设报告
操作系统课程设计报告
题目：
Linux系统管理实践与进程通信实现
姓名
班级：
学号
指导老师
完成日
1．实验目的与要求
1、掌握基本的同步与互斥算法。
2、学习使用LINUX中基本的同步对象，掌握相关函数的使用方法。
3、了解LINUX中多进程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。
4、查阅相关资料。
5、熟悉各种命令、系统调用与实用程序。
按给定功能设计相关程序。
2．实验内容
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m个生产者n个消费者的同步互斥问题，缓冲区大小k=5，m=2，n=2）
3．实验设备与环境
在虚拟机LINUX下实现进程间的通信
关于linux相关资料：
Linux是一类Unix计算机操作系统的统称。
Linux操作系统的内核的名字也是“Linux”。
Linux操作系统也是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。
理解Linux文件系统标准
/:
根目录，系统中所有的目录都是从根目录开始
/bin:
存放常用命令
/boot:
引导核心的程序目录
/dev:
外部设备名
/etc:
（etcetera）系统管理所要的配置文件和子目录
/home:
存放用户主目录的地方，一般是/home/用户名。
其他目录有ftp、httpd、samba等
/lib:
（library）系统基本的动态链接库
/lost+found
/opt:
optional（可以选择的）
/proc:
:
虚拟系统，是由系统初起时在内存中产生的
/root:
超级用户默认的主目录；
/sbin:
系统管理员使用的系统管理程序
/tmp:
存放各程序执行时所产生的临时文件
/usr:
占空间最大的目录，用户的很多应用程序和文件几乎全在这个目录中 /var:
存放一些系统记录文件和配置文件
一、LUNIX的登录与退出
1、登录
在DOS环境下用MS提供的telnet程序（也可使用WINDOWS自带的telnet图形界面程序或多功能的S-Term终端程序），可使PC作为终端（terminal）登录（login）UNIX服务器（UNIXServer）。
（1）步骤
login：
（输入username）
password：
（输入密码）
2、退出
在LUNIX系统提示符$下，输入logout、exit或shutdown。
例：
$logout
二、LUNIX命令格式
命令[选项][处理对象]
例：
ls-lamydir
注意：
（1）命令一般是小写字串。
注意大小写有别
（2）选项通常以减号（-）再加上一个或数个字符表示，用来选择一个命令的不同操作
（3）同一行可有数个命令，命令间应以分号隔开
（4）命令后加上&可使该命令后台（background）执行
二．本次实验所用到的指令
1.安装U盘：
ldisk-l
cd/mnt
mkdir"文件名"
mount、dev/sdb1/mnt/"文件名"
cd/mnt/"文件名"
ls
2.编译执行程序：
gccf1.c-of1.out
./f1.out
4．设计过程
1.分析与设计思路
分析：
通过仔细分析可以知道这是一个进程同步问题的模拟，可以把生产产品或消费产品的每一个过程可以转为一个进程的操作，这些进程是互斥的，同时也存在一定的同步关系。
通过编程实践时，实际是随机的调用一个进程的操作，而这些进程的操作相当于程序中的函数调用。
而计算机在执行时每一个时刻只能执行一个操作，这就默认了互斥。
同步的模拟可以类似于函数调用时的前提关系即先决条件。
这样进程同步模拟就完全可以通过进程来实现。
具体的每一个操作的对应的进程的关系：
实现对缓冲区的初始化：
main，要最先执行，且只需要执行一次
生产者1生产产品：
producer1.c
生产者2生产产品：
producer2.c
消费者1消费产品：
consumer1.c
消费者2消费产品：
consumer2.c
在次程序中信号量、共享缓冲区都是系统资源，其总个数是有上限的。
每个资源的id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。
在本程序中：
main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，main会提示资源已经分配，则要释放它们。
设计思路：
设计了4个信号量：
semid_empty：
表示缓冲区中可以再进行产品添加的空间数
semid_full1：
表示生产者1所生产的产品数
semid_full2：
表示生产者2所生产的产品数
semid_mux：
表示其公共的信号量。
设置了4个进程来实现功能：
生产者1生产产品：
producer1.c
生产者2生产产品：
producer2.c
消费者1消费产品：
consumer1.c
消费者2消费产品：
consumer2.c
2.各模块流程图
P、V操作的流程图：
2.生产者与消费者流程图
Y
N
Y
N
5．源代码与实验结果
数据结构
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;
}
/*
sem_num：
操作信号在信号集中的编号，第一个信号的编号是0。
sem_op：
如果其值为正数，该值会加到现有的信号内含值中。
通常用于释放所控资源的使用权；如果sem_op的值为负数，而其绝对值又大于信号的现值，操作将会阻塞，直到信号值大于或等于sem_op的绝对值。
通常用于获取资源的使用权；如果sem_op的值为0，则操作将暂时阻塞，直到信号的值变为0。
sem_flg：
信号操作标志
*/
主程序：
main.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_PRODUCER9085
#defineSEMKEY_CONSUMER9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*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5个产品*/
#definePRODUCER_LEN32/*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;
}
/*
sem_num：
操作信号在信号集中的编号，第一个信号的编号是0。
sem_op：
如果其值为正数，该值会加到现有的信号内含值中。
通常用于释放所控资源的使用权；如果sem_op的值为负数，而其绝对值又大于信号的现值，操作将会阻塞，直到信号值大于或等于sem_op的绝对值。
通常用于获取资源的使用权；如果sem_op的值为0，则操作将暂时阻塞，直到信号的值变为0。
sem_flg：
信号操作标志
*/
intmain（）
{
char*addr,end;
intshmid;/*共享存储区id*/
intsemid_producer,semid_consumer,semid_mutex;/*信号量集合id*/
structsembufsem_tmp;
/*开辟共享存储区*/
if（（shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCER_LEN+2,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
{
printf（"TheBufferHasExisted!
\n"）;
printf（"DoYouWantToDeleteTheBuffer（Y=yes）?
\n=:
"）;
scanf（"%c",&end）;
if（end=='y'||end=='Y'）
{
/*释放缓冲区*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCER_LEN+2,0777）;
if（shmctl（shmid,IPC_RMID,0）<0）
perror（"shmctl:
"）;
/*同时释放信号量*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;
semid_producer=semget（SEMKEY_PRODUCER,1,0777）;
semid_consumer=semget（SEMKEY_CONSUMER,1,0777）;
semctl（semid_mutex,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_producer,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_consumer,0,IPC_RMID）;
}
}
else
printf（"Failtocreatebuffer!
\n"）;
return-1;
}
addr=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*连接缓冲区,将一个共享存储区附接到它的虚拟地址空间去*/
memset（addr,0,BUFF_LEN*PRODUCER_LEN+2）;/*将addr所指向的某一块内存中的每个字节的内容全部设置为0的ASCII值，块的大小由BUFF_LEN*PRODUCER_LEN+2指定，返回值为指向addr的指针*/
shmdt（addr）;/*离开缓冲区*/
/*创建信号量*/
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_producer=semget（SEMKEY_PRODUCER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_PRODUCERhasexisted!
\n"）;
else
printf（"FailtocreateSEMKEY_PRODUCER!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_consumer=semget（SEMKEY_CONSUMER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_CONSUMERhasexisted!
\n"）;
else
printf（"FailtocreateSEMKEY_CONSUMER!
\n"）;
return-1;
}
/*给信号量赋初值*/
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,BUFF_LEN,0）;/*BUFF_LEN*/
semop（semid_producer,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,1,0）;/*1*/
semop（semid_mutex,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/
semop（semid_consumer,&sem_tmp,1）;
return0;
}
producer1.c
/*生产者:
producer.c*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_PRODUCER9085
#defineSEMKEY_CONSUMER9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*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5个产品*/
#definePRODUCT_LEN32/*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）/*返回在该组操作中最后被操作的信号量在操作完成前的值*/
{
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*/
charproduct[128];/*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_producer,semid_consumer,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
/*shmget是建立新的共享区或返回一个已存在的共享描述字*/
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_producer=semget（SEMKEY_PRODUCER,1,0777）;
semid_consumer=semget（SEMKEY_CONSUMER,1,0777）;
/*从屏幕接收产品*/
printf（"PleaseProduct（astring,length<=32B）:
\n====:
"）;
gets（product）;/*128的意义在此,此函数不检查字符串长度*/
/*进入临界区*/
P（semid_producer）;/*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+2+in*PRODUCT_LEN,product,PRODUCT_LEN）;
in=（in+1）%BUFF_LEN;
*p_buffer=（char）in;
shmdt（p_buffer）;/*离开缓冲区*/
/*离开临界区*/
V（semid_consumer）;
V（semid_mutex）;
}
producer2.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_PRODUCER9085
#defineSEMKEY_CONSUMER9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*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5个产品*/
#definePRODUCT_LEN32/*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）/*返回在该组操作中最后被操作的信号量在操作完成前的值*/
{
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*/
charproduct[128];/*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_producer,semid_consumer,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
/*shmget是建立新的共享区或返回一个已存在的共享描述字*/
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_producer=semget（SEMKEY_PRODUCER,1,0777）;/*获取生产者信号量id*/
semid_consumer=semget（SEMKEY_CONSUMER,1,0777）;/*获取消费者信号量id*/
/*从屏幕接收产品*/
printf（"PleaseProduct（astring,length<=32B）:
\n====:
"）;
gets（product）;/*128的意义在此,此函数不检查字符串长度*/
/*进入临界区*/
P（semid_producer）;/*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+2+in*PRODUCT_LEN,product,PRODUCT_LEN）;
in=（in+1）%BUFF_LEN;
*p_buffer=（char）in;
shmdt（p_buffer）;/*离开缓冲区*/
/*离开临界区*/
V（semid_consumer）;
V（semid_mutex）;
}
consumer1.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_PRODUCER9085
#defineSEMKEY_CONSUMER9086
#defineSEMKEY_MUTEX9087/*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5个产品*/
#defineCONSUMER_LEN32/*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）/*返回在该组操作中最后被操作的信号量在操作完成前的值*/
{
perror（"p（s
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