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1、linux实验报告 Linux操作系统设计实践实验报告学号： 0309888888 姓名： 8* 学院： 数计学院 专业： * 年级： 09 本组其它成员：学号 035463445 姓名 * 学号 035634563 姓名 * 学号 06456456 姓名 *88 实验时间：20112012学年第一学期指导教师：目 录Linux 操作系统设计实践实验一：进程管理 - 3 -Linux 操作系统设计实践实验二：进程通信 - 8 -Linux 操作系统设计实践实验三：综合应用 - 15 -一、 实验内容 - 15 -1.1【实验目的】 - 15 -1.2【实验环境】Red Hat Enterpri

2、se Linux 5 - 16 -1.3【实验内容】 - 16 -二、 综合应用的选题及系统开发情况简介 - 16 -三、 系统设计的背景说明及需求分析 - 16 -四、 应用系统的功能设计 - 17 -4.1总体设计思想 - 17 -4.2 服务器端设计 - 18 -4.2.1简单界面信息设计及演示 - 18 -4.2.2服务器算法设计流程图 - 18 -4.2.3主要数据结构设计 - 19 -4.2.4调试结果 - 19 -4.3客户端设计 - 19 -4.3.1主要数据结构设计 - 19 -4.3.2客户端算法流程图 - 20 -4.3.3调试结果 - 21 -五、 程序源代码及分析 -

3、 21 -六、 设计的优缺点及改进方向 - 28 -七、 实验小结 - 28 -Linux 操作系统设计实践实验一：进程管理实验目的：（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） 学习通过进程执行新的目标程序的方法。（4） 了解Linux系统中进程信号处理的基本原理。实验环境：Red Hat Enterprise Linux 5实验内容：实验一 进程管理(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

4、“b”和“c”。试观察记录屏幕上显示结果，并分析原因。#includeint main()int p1 ,p2 ;while(p1=fork()=-1); if(p1=0) putchar(b);elsewhile(p2=fork()=-1); if(p2=0) putchar(c);else putchar(a); return 0;显示结果：分析总共可能的结果有：1.子进程全部创建成功：bca bac cab cba acb abc2.子进程一创建失败：b3.子进程二创建失败：bc cb我的虚拟机上实验结果显示：bca分析原因：首先，根据fock()函数原理，fock()对于该语句之前的程

5、序段只执行一次。此外，fock（）对于该语句返回两次值，并针对两次返回值依次执行之后的语句，一般来说fock（）是先进入子程序执行代码，再执行父进程代码。父进程与子进程的执行是相互独立的，相互之间没有任何时序上的关系。完全由操作系统的调度程序来决定进城的执行次序、速度。 所以在没有加入进程同步机制（比如信号，信号量等）的代码的情况下，打印结果是随机出现的。在本程序中，对于子进程p1,p2和父进程，我使用的计算机操作系统令p1=0时，打印“b”，再让p2=0，打印“c” ,最后打印“a”,结果显示为：bca由于在单机系统下很难出现因系统资源不足导致的进程创建失败，所以后三种情况很难调试出来，但是

6、根据fock()的实现原理，理论上是完全可能出现的。(2)进程的控制1. 修改已编写的程序，将每个进程的输出由单个字符改为一句话，再观察程序执行是屏幕上出现的现象，并分析其原因。#includeint main() int p1,p2；while(p1=fork()=-1);if(p1=0)printf(Child1 is running!n);elsewhile(p2=fork()=-1);if(p2=0)printf(Child2 is running!n);elseprintf(Father is running!n);return 0;显示结果：本程序是在第一题的源程序基础上直接编程字

7、符串输出，与第一题相似，故输出结果和第一个实验现象一样，预测结果也有9种，这里就不一一例举了。我的虚拟机上实验结果显示为：Child1 is running! Child2 is running! Father is running!分析原因：本题的原理与第一小题相同，在本程序中，对于子进程p1,p2和父进程，我使用的计算机操作系统令p1=0时，打印：“Child1 is running!”，再让p2=0，打印“Child2 is running!” ,最后打印“Father is running!”。2使用exec函数族使子进程执行新的目标程序。#include #include int m

8、ain() printf(=system call execl testing =n); execlp(date,date,0); printf(exec error !n); return 0;显示结果：我的虚拟机上实验结果显示为：=system call execl testing =2011年10月29日 星期六 10：15：23 PST 分析原因：exec函数使子进程执行新的目标程序。如果调用成功则执行另一个进程，与fock()最大的区别是一旦exec调用成功，就不执行原来进程后面的代码。即不会输出“exec error !”(3.) 编写一段程序,使其实现进程的软中断通信1 使用系统

9、调用fork（）创建两个子程序，再用系统调用signal（）接收父进程从键盘上来的中断信号（即按Ctrl+c键）；当有中断信号后，父进程用系统调用Kill（）向两个子进程发出信号，子进程有信号后分别输出Child Processll is Killed by Parent!Child Processl2 is Killed by Parent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：Parent process is Killed!= #include #include int wait_mark; void waiting() while(wait_mark=1); void st

10、op() wait_mark=0; int main() int p1,p2; while(p1=fork()=-1); if(p1=0) wait_mark=1; signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(16,stop); waiting(); printf(Child Process11 is Killed by Parent!n); exit(0); else while(p2=fork()=-1); if(p2=0) wait_mark=1; signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(17,stop); waiting(); printf(Ch

11、ild Process12 is Killed by Parent!n); exit(0); else wait_mark=1; signal(SIGINT,stop); waiting(); kill(p1,16); kill(p2,17); wait(0); wait(0); printf(Parent Process is Killed!n); exit(0); 结果显示：我的虚拟机上实验结果显示：Child Processll is Killed by Parent!Child Processl2 is Killed by Parent!Parent Process is Killed

12、!分析原因：首先对wait函数进行分析，进程一旦调用了wai，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经推出，如果让它找到已经这样一个已经阻塞的进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它销毁之后再返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。如果成功，wai会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1。 执行中signal函数的作用是连接，在相应条件激活时候只需连接的函数。Linux 操作系统设计实践实验二：进程通信实验目的：进一步了解和熟悉Linux支持的多种IPC机制，包括信号，管道，

13、消息队列，信号量，共享内存。实验环境：Red Hat Enterprise Linux 5实验内容：（1）进程间命名管道通信机制的使用 使用命名管道机制编写程序实现两个进程间的发送接收信息。 可参见参考教材例6-12.=/* ex12 server.c */#include #include #include #include #include #define FIFO_FILE MYFIFOint main() FILE *fp; char readbuf80; if(fp=fopen(FIFO_FILE,r)=NULL) umask(0); mknod(FIFO_FILE,S_IFIFO|

14、0666,0); else fclose(fp); while(1) if(fp=fopen(FIFO_FILE,r)=NULL) printf(open fifo failed. n); exit(1); if(fgets(readbuf,80,fp)!=NULL) printf(Received string :%s n, readbuf); fclose(fp); else if(ferror(fp) printf(read fifo failed.n); exit(1); return 0;=/* ex12 client.c */#include #include #define FI

15、FO_FILE MYFIFOint main(int argc, char *argv) FILE *fp; int i; if(argc=1) printf(usage: %s n,argv0); exit(1); if(fp=fopen(FIFO_FILE,w)=NULL) printf(open fifo failed. n); exit(1); for(i=1;iargc;i+) if(fputs(argvi,fp)=EOF) printf(write fifo error. n); exit(1); if(fputs( ,fp)=EOF) printf(write fifo erro

16、r. n); exit(1); fclose(fp); return 0;显示结果：首先在一个终端窗口中运行server程序，运行成功后，程序就停留在等待接收状态，然后新建一个终端窗口，运行client程序:（我在此窗口输入You are right!）这时在server 窗口中会显示：Received string:You are right!结果分析：该结果表明server程序没有出错，基本上一直运行下去，等待接受客户进程的输入。它首先创建一个命名管道MYFIFO，然后不停重复下面的操作：打开，接受一行信息，输出在屏幕上，关闭。client程序只运行一段时间就停止了，它打开命名管道，向其中

17、写入一行信息，关闭命名管道，退出运行状态。 在文件中有这样一条解释： #define S_IFIFO 0010000 type = named pipeS_IFIFO 值就是为了使MODE 第5位置1，表示的类型是命名管道后面跟着的0666表示设置的权限不能漏，因为权限由10个位标记。 函数分析：umask该命令用来设置限制新文件权限的掩码。当新文件被创建时，其最初的权限由文件创建掩码决定。用户每次注册进入系统时，umask命令都被执行，并自动设置掩码改变默认值，新的权限将会把旧的覆盖 Mknod用来创建特殊文件，只能由root用户或系统组成员运行，创建FIFO(已命名管道)。=（2）进程间消

18、息队列通信机制的使用 使用消息队列机制自行编制有一定长度的消息（1k左右）的发送和接收程序。 参考程序段：#include#include#include#include#include/增加计算时间的程序代码；#include#include#define key 1#define buffersize 1024int main() struct SMSG long mtype; char mtextbuffersize; msg ; int pid; int p; struct timeval tpstart,tpend; float timeuse; gettimeofday(&tpst

19、art,NULL); while(p=fork()=-1); if(p=0) sleep(5); pid=msgget(key,IPC_CREAT|0600); msgrcv(pid,&msg,buffersize,1,0); printf(receive msg is:%sn,msg.mtext); msgctl(pid,IPC_RMID,0); else pid=msgget(key,IPC_CREAT|0600); msg.mtype=1; strcpy(msg.mtext,This is the message which the parent have sent!); while(m

20、sgsnd(pid,&msg,buffersize,0)=-1); gettimeofday(&tpend,NULL); timeuse=1000000*tpend.tv_sec-tpstart.tv_sec)+tpend.tv_usec-tpstart.tv_usec; timeuse/=1000000; printf(“Used Time:%fn”,timeuse); return 0;显示结果：Used Time:0.000067receive msg is: This is the message which the parent have sent!Used Time:0.00008

21、7receive msg is: This is the message which the parent have sent!Used Time:0.000075receive msg is: This is the message which the parent have sent!Used Time:0.000071receive msg is: This is the message which the parent have sent!平均耗时在0.000075结果分析：首先程序创建一个子进程，并暂停它5秒，然后两个进程申请共享一个地址为addr的内存空间，父进程往里面写入字符串，

22、子进程读出这个字符串，然后两个进程都同时禁止使用这块共享内存。相比于（2）程序来说，共享内存速度应该更快，比消息队列机制少了一步发送消息的步骤，父子进程都是直接操作同一块内存1、消息队列创建函数分析int msgget(key_t key,int flag)key: key_t ftok(const char *pathname,int proj_id) pathname:必须是存在而且可读取的文件，proj_id :表示序号，用来区别同时存在的文件 成功返回 pathname 对应的键值，也就是key,错误返回1flag: IPC_CREAT、IPC_EXCL、IPC_NOWAIT IPC_

23、CREAT用于创建原来不存在的的队列，IPC_CREAT|0777,设置权限位 IPC_EXCL用于测试文件是否存在，若文件已存在则返回EEXIST，（IPC_EXCL与IPC_CREAT联合使用作为一个原子操作） IPC_NOWAIT:不阻塞若成功则返回消息队列的ID，若出错则返回12、消息发送函数分析int msgsnd(int msgid，struct msgbuf *msgp,size_t msgsz,int msgflg)msgid:已打开的消息队列IDmsgp:存储要发送的消息结构体的地址msgsz:消息数据长度msgflag:IPC_NOWAIT：若消息没有立即被发送则调用进程会

24、立即返回 0：msgsnd调用阻塞直到条件满足为止若成功则返回0，若失败则返回13、消息接受函数分析nt msgrcv(int msgid,struct msgbuf *msgp,size_t msgsz,long msgtype,int msgflag)msgid :要接受消息队列的IDmsgp:存储要接收的消息结构体的地址msgsz:消息数据长度msgtyoe:消息类型，如果为0则接受第一个，如果0则接受具有与函数msgtype相同的msgtype消息结构（与fifo 不同，可以从队列中接受自己想接受的消息）。如果0则接受消息队列中第一个类型值不小于msgtype绝对值且类型值又最小的消息

25、msgflag:IPC_NOWAIT：若消息没有立即被接收则调用进程会立即返回 IPC_NOERROR：若返回的消息比msgsz长度字节多，则消息会截断到与msgsz长度相等。且不通 知消息发送进程 0：msgsnd调用阻塞直到条件满足为止若成功则返回0，失败则返回14、消息队列控制函数分析int msgctl(int msgid,int cmd,struct msqid_ds *buf)msgid:要接受消息队列的IDcmd: IPC_STAT:取得队列状态 IPC_SET:设置队列属性 IPC_RMID:删除队列属性buf:存放队列的属性结构（3）进程间共享存储区通信机制的使用 使用共享内

26、存机制编制一个与上述（2）功能相同的程序。并比较分析与其运行的快慢。 参考程序段：#include#include#include#include#include#include#include#define buffersize 1024#define Key 1int main() int p; struct timeval tpstart,tpend; float timeuse; gettimeofday(&tpstart,NULL); while(p=fork()=-1); if(p=0) int pid; sleep(5); pid=shmget(Key,buffersize,IP

27、C_CREAT|0600); char *addr; addr=(char *)shmat(pid,NULL,0); printf(receive msg is:%sn,addr); shmdt(addr); else int pid; pid=shmget(Key,buffersize,IPC_CREAT|0600); char *addr; addr=(char *)shmat(pid,NULL,0); strcpy(addr, This is the message which the parent have sent!); shmdt(addr);gettimeofday(&tpend,NULL); timeuse=1000000*tpend.tv_sec-tpstart.tv_sec)+tpend.tv_usec-tpstart.tv_usec