操作系统实验答案.docx

1、操作系统实验答案部分实验答案第三部分 操作系统实验指导实验3 指导实验内容1进程的创建任务编写一段程序，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“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。程序#includemain()int p1,p2; if(p1=fork() /*子进程创建成功*/ putchar(b); else if(p2=fork() /*子进程创建成功*/ putchar(c); else putchar(a); /*父进程执行*/ bc

2、a(有时会出现abc的任意的排列)分析：从进程执行并发来看，输出abc的排列都是有可能的。原因：fork()创建进程所需的时间虽然可能多于输出一个字符的时间，但各个进程的时间片的获得却不是一定是顺序的，所以输出abc的排列都是有可能的。2进程的控制） 修改已编写好的程序，将每个程序的输出由单个字符改为一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。如果在程序中使用系统调用lockf()来给每个程序加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。程序1#includemain() int p1,p2,i; if(p1=fork() for(i=0;i500;i+) printf(pa

3、rent%dn,i); wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/ exit(0); else if(p2=fork() for(i=0;i500;i+) printf(son %dn,i); wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/ exit(0); /*向父进程信号0且该进程推出*/ else for(i=0;i500;i+) printf(“grandchild %dn,i); exit(0); 运行结果 parent. son grandchild grandchild 或grandchild son grandchild son parent

4、 分析：由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断，因此,每个字符串内部的字符顺序输出时不变。但是 , 由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。这与打印单字符的结果相同。程序2#includemain() int p1,p2,i; if(p1=fork()。 lockf(1,1,0); for(i=0;i500;i+) printf(parent %dn,i); lockf(1,0,0); wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/ exit(0); else if(p2=fork() lockf(1,

5、1,0); for(i=0;i500;i+) printf(son %dn,i); lockf(1,0,0); wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/ exit(0); else lockf(1,1,0); for(i=0;i500;i+) printf(daughter %dn,i); lockf(1,0,0); exit(0); ?运行结果输出parent块,son块,grandchild块的顺序可能不同，但是每个块的输出过程不会被打断。分析：因为上述程序执行时，lockf(1,1,0)锁定标准输出设备，lockf(1,0,0)解锁标准输出设备，在lockf(1,1

6、,0)与lockf(1,0,0)中间的for循环输出不会被中断，加锁与不加锁效果不相同。3软中断通信任务1编制一段程序，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ctrl+c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：child process1 is killed by parent!，child process2 is killed by parent!父进程等待两个子进程终止后，输出以下信息后终止：parent process is killed! 程

7、序,#include#include#include void waiting(),stop(),alarming();int wait_mark;main() int p1,p2; if(p1=fork() /*创建子进程p1*/ if(p2=fork() /*创建子进程p2*/ wait_mark=1; signal(SIGINT,stop); /*接收到c信号，转stop*/ signal(SIGALRM,alarming);/*接受SIGALRM waiting(); kill(p1,16); /*向p1发软中断信号16*/【 kill(p2,17); /*向p2发软中断信号17*/

8、wait(0); /*同步*/ wait(0); printf(parent process is killed!n); exit(0); else wait_mark=1; , signal(17,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略 c信号*/ while (wait_mark!=0); lockf(1,1,0); printf(child process2 is killed by parent!n); lockf(1,0,0); exit(0); else， wait_mark=1; signal(16,stop);signal(SIGINT,SIG_

9、IGN); /*忽略c信号*/ while (wait_mark!=0) lockf(1,1,0); printf(child process1 is killed by parent!n); lockf(1,0,0); exit(0); |void waiting() sleep(5);if (wait_mark!=0) kill(getpid(),SIGALRM);void alarming() wait_mark=0;void stop() wait_mark=0; 不做任何操作等待五秒钟父进程回在子进程县推出后退出，并打印退出的顺序；或者点击ctrl+C后程序退出并打印退出的顺序。任务

10、2在上面的任务1中，增加语句signal(SIGINT,SIG_IGN)和语句signal(SIGQUIT,SIG_IGN)，观察执行结果，并分析原因。这里，signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分别为忽略键信号以及忽略中断信号。#include#include#include： int pid1,pid2; int EndFlag=0; int pf1=0; int pf2=0;void IntDelete() kill(pid1,16); kill(pid2,17);void Int1() printf(child process 1

11、is killed !by parentn); exit(0);void Int2() printf(child process 2 is killed !by parentn); exit(0);main() int exitpid; if(pid1=fork() if(pid2=fork() ￥ signal(SIGINT,IntDelete); waitpid(-1,&exitpid,0); waitpid(-1,&exitpid,0); printf(parent process is killedn); exit(0); else signal(SIGINT,SIG_IGN); si

12、gnal(17,Int2); pause(); else signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(16,Int1); pause(); 【运行结果请读者将上述程序输入计算机后，执行并观察。3进程的管道通信任务 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分别向通道个写一句话： child1 process is sending message!child2 process is sending message!而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。程序#include #include #include

13、int pid1,pid2; main( ) int fd2;char outpipe100,inpipe100;pipe(fd); /*创建一个管道*/while (pid1=fork( )=-1);if(pid1=0) lockf(fd1,1,0); sprintf(outpipe,child 1 process is sending message!); /*把串放入数组outpipe中*/ write(fd1,outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/ sleep(5); /*自我阻塞5秒*/ lockf(fd1,0,0); exit(0);* else while(p

14、id2=fork( )=-1); if(pid2=0) lockf(fd1,1,0); /*互斥*/ sprintf(outpipe,child 2 process is sending message!); write(fd1,outpipe,50); sleep(5);, lockf(fd1,0,0); exit(0); else wait(0); /*同步*/ read(fd0,inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/ printf(%sn,inpipe); wait(0); read(fd0,inpipe,50); printf(%sn,inpipe); exit(0

15、); 运行结果 延迟5秒后显示: child1 process is sending message! 再延迟5秒: child2 process is sending message!分析 请读者自行完成 。 1、程序中的sleep(5)起什么作用 2、子进程1和2为什么也能对管道进行操作实验4指导实验内容1 消息的创建，发送和接收 任务| 使用系统调用msgget( ), megsnd( ), msgrev( )及msgctl()编制一长度为1K的消息发送和接收的程序 。程序设计（1）为了便于操作和观察结果，用一个 程序为“引子”，先后fork( )两个子进程，SERVER和CLIENT，

16、进行通信。（2）SERVER端建立一个Key为75的消息队列，等待其他进程发来的消息。当遇到类型为1的消息，则作为结束信号，取消该队列，并退出SERVER 。SERVER每接收到一个消息后显示一句“(server)received”。（3）CLIENT端使用Key为75的消息队列，先后发送类型从10到1的消息，然后退出。最后的一个消息，既是 SERVER端需要的结束信号。CLIENT每发送一条消息后显示一句“(client)sent”。（4）父进程在 SERVER和 CLIENT均退出后结束。程序#include #include #include 。#include #define MSGK

17、EY 75 /*定义关键词MEGKEY*/struct msgform /*消息结构*/ long mtype; char mtexe100; /*文本长度*/msg;int msgqid,i;void CLIENT( )$ int i; msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); for(i=10;i=1;i-) =i; printf(client)sentn); msgsnd(msgqid,&msg,1030,0); /*发送消息msg入msgid消息队列*/ exit(0);void SERVER( ) msgqid=msgget(MSGKEY,0777|

18、IPC_CREAT); /*由关键字获得消息队列*/ do msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /*从队列msgid接受消息msg*/ printf(server)receiven); while!=1); /*消息类型为1时，释放队列*/ msgctl(msgqid, IPC_RMID,0);main() if(fork() SERVER(); wait(0);； else CLIENT( );从理想的结果来说，应当是每当Client发送一个消息后，server接收该消息，Client再发送下一条。也就是说“(Client)sent”和“(server)receive

19、d”的字样应该在屏幕上交替出现。实际的结果大多是，先由 Client 发送两条消息，然后Server接收一条消息。此后Client Server交替发送和接收消息.最后一次接收两条消息. Client 和Server 分别发送和接收了10条消息,与预期设想一致 message的传送和控制并不保证完全同步,当一个程序不再激活状态的时候,它完全可能继续睡眠,造成上面现象,在多次send message 后才 receive message.这一点有助于理解消息转送的实现机理.2.共享存储区的创建,附接和断接 使用系统调用shmget(),sgmat(),smgdt(),shmctl()编制一个与上

20、述功能相同的程序. (1)为了便于操作 和观察结果，用一个 程序为“引子”，先后fork( )两个子进程，SERVER 和 CLIENT，进行通信。 (2)SERVER端建立一个KEY为75的共享区,并将第一个字节置为-1.作为数据空的标志.等待其他进程发来的消息.当该字节的值发生变化时,表示收到了该消息,进行处理.然后再次把它 的值设为-1.如果遇到的值为0,则视为结束信号,取消该队列,并退出每接 收到一次数据后显示”(server)received”. (3)CLIENT端建立一个为75的共享区,当共享取得第一个字节为-1时, Server端空闲,可发送 请求. CLIENT 随即填入9到

21、0.期间等待Server端再次空闲.进行完这些操作后, CLIENT 退出. CLIENT每发送一次数据后显示”(client)sent”. (4)父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束.#include#include#include#define SHMKEY 75 /*定义共享区关键词*/int shmid,i;int *addr; CLIENT() int i; shmid=shmget(SHMKEY,1024, 0777|IPC_CREAT); /*获取共享区，长度1024，关键词SHMKEY*/ addr=shmat(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/

22、 for(i=9;i=0;i-) while(*addr!= -1); printf(client)sentn); /*打印（client）sent*/ *addr=i; /*把i赋给addr*/ 、 exit(0); SERVER() do while(*addr = =-1); printf(server)receivedn%d,*addr); /*服务进程使用共享区*/ if(*addr!=0)*addr=-1; while(*addr); wait(0); shmctl(shmid,IPC_RMID,0); main() shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IP

23、C_CREAT); /*创建共享区*/ addr=shmat(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/ ；*addr=-1; if(fork() SERVER(); else CLIENT(); ！结果 运行的结果和预想的完全一样。但在运行的过程中，发现每当client发送一次数据后，server要等大约秒才有响应。同样，之后client又需要等待大约秒才发送下一个数据。分析出现上述的应答延迟的现象是程序设计的问题。当client端发送了数据后，并没有任何措施通知server端数据已经发出，需要由client的查询才能感知。此时，client端并没有放弃系统的控制权，仍然占用C

24、PU的时间片。只有当系统进行调度时，切换到了server进程，再进行应答。这个问题，也同样存在于server端到client的应答过程之中。3 比较两种消息通信机制中的数据传输的时间 由于两种机制实现的机理和用处都不一样，难以直接进行时间上的比较。如果比较其性能，应更加全面的分析。(1)消息队列的建立比共享区的设立消耗的资源少.前者只是一个软件上设定的问题,后者需要对硬件操作,实现内存的映像,当然控制起来比前者复杂.如果每次都重新进行队列或共享的建立,共享区的设立没有什么优势。(2)当消息队列和共享区建立好后,共享区的数据传输,受到了系统硬件的支持,不耗费多余的资源;而消息传递,由软件进行控制

25、和实现,需要消耗一定的CPU资源.从这个意义上讲,共享区更适合频繁和大量的数据传输.(3)消息的传递,自身就带有同步的控制.当等到消息的时候,进程进入睡眠状态,不再消耗CPU资源.而共享队列如果不借助其他机制进行同步,接受数据的一方必须进行不断的查询,白白浪费了大量的CPU资源.可见消息方式的使用更加灵活.】实验5指导实验内容设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用下列算法计算访问命中率.（1）进先出的算法（FIFO）（2）最近最少使用的算法（LRU）（3）最佳淘汰算法(OPT)（4）最少访问页面算法(LFU)（5）最近最不经常使用算法(NUR) 命中率=(1-页面失效次数)/页地址流长度程序设

26、计 本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即首先用srand()和rand()函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。相关定义如下：1 数据结构 (1)页面类型 typedef struct int pn,pfn,counter,time; pl-type;其中pn 为页号,pfn为面号, counter为一个周期内访问该页面的次数, time为访问时间. (2) 页面控制结构pfc-struct int pn,pfn; struct pfc_struct *next; typedef struct pfc_struct pfc_typ

27、e;pfc_type pfc_structtotal_vp,*freepf_head,*busypf_head;pfc_type *busypf_tail; 其中pfctotal_vp定义用户进程虚页控制结构,*freepf_head为空页面头的指针,*busypf_head为忙页面头的指针,*busypf_tail为忙页面尾的指针.2函数定义 （1）Void initialize( ):初始化函数,给每个相关的页面赋值. （2）Void FIFO( ):计算使用FIFO算法时的命中率. （3）Void LRU( ):计算使用LRU算法时的命中率. （4）Void OPT( ):计算使用OPT算法时的命中率. （5）Void LFU( ):计算使用LFU算法时的命中率. （6）Void NUR( ):计算使用NUR算法时的命中率.3.变量定义 (1)int atotal_instruction: 指令流数据组.| (2)int pagetotal_instruction: 每条指令所属的页号. (3)int offsettot