操作系统实验1.docx

1、操作系统实验1实 验 报 告 书学 生 姓 名 高 雪 学 号 10101020203 班 级 计10A-2 2011 2012 学年 第 一 学期计算机操作系统实验报告实验名称进程管理实验实验序号一实验日期2012/12/16实验人高 雪一、实验目的和要求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分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法4. 了解Linux系统中进程通信的基本原理二、相关背景知识1.进程的定义 进程是操作系统结构的基础；是一个正在执行的程序；计算机中正在运行的程序实例；可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体；由单一顺序的执行显示，一个当前

2、状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。进程是一个独立的可以调度的活动,是一个抽象实体，当它执行某个任务时，将要分配和释放各种资源。总之，程序在处理机上执行时的活动称为进程。具有并发性，动态性，独立性，异步性。2.进程控制进程有三个状态。就绪态，阻塞态，运行态。系统通过使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤销进程以及完成进程各状态间的转换，从而达到多进程高效率并发执行和协调、实现资源共享的目的。期中，运行态可以转换到阻塞，就绪。阻塞可以转换到就绪，就绪可以到运行。3.软中断软中断是对硬中断的一种模拟，发送软中断就是向接受进程的proc结构中的相应项发送一个特定意义的信号。软中断必须等到接收进

3、程执行时才能生效。4.管道 在Linux中，管道是一种使用非常频繁的通信机制。是一个先进先出，大小固定的缓冲区，用于两个进程之间的单向数据传递。当管道有空间时，写进程把数据送入管道，否则将被阻塞；如果管道中没有数据或者读进程需要的数据多于其中的数据，读进程被阻塞，否则执行读进程的请求。三、实验内容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”；子进程分别显示字符“b”和字符“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。2进程的控制 修改已有程序，将每个进程输出一个

4、字符改为每个进程输出几行字符，再观察程序执行时屏幕上的现象，并分析原因。如果在程序中使用系统调用lockf()来给每一个进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。3进程的软中断通信 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Del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 process 1 is killed by parent!Child process 2 is killed by parent!父进程等待两个子进程终止后，输出

5、如下的信息后终止：Parent process is killed!4. 进程的管道通信 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分别向管道各写一句话： Child 1 is sending a message! Child 2 is sending a message!而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。要求父进程先接收P1来的消息，然后再接收P2发来的消息四、关键数据结构与函数的说明1.fork()函数 Fork函数用于创建一个新进程(子进程)，返回整数。正确返回：等于0,创建子进程；大于0，从父进程返回的子进程

6、的ID值。错误返回：等于-1,即进程创建失败。2. wait()函数 wait()函数常用来控制父进程与子进程的同步。在父进程中调用wait()，则父进程被阻塞，进入等待队列，等待子进程结束。当子进程结束时，会产生一个终止状态字，系统会向父进程发出SIGCHLD信号。当接到信号后，父进程提取子进程的终止状态字，从wait()函数返回继续执行原程序。3.exit()函数 exit()函数是进程结束最常调用的函数。在正常终止时，exit()函数返回进程结束状态。4.kill()函数 kill()函数用于结束执行中的程序或者任务。5.signal() signal()函数是允许调用进程控制软中断信号

7、的处理。6.pipe()函数 pipe函数用于创建一个管道五、编译与执行过程截图1.进程的创建执行后出现acb和abc两种不同情况2.进程的控制 （1）加锁情况： ( 2 )没有加锁的情况3.进程的软中断通信4.进程的管道通信六、实验结果与分析1进程的创建： 实验一为进程创建，由以上截图可以看到产生了不同的结果，即acb和abc。最初只有acb一种情况，反复执行之后，会出现abc。原因很简单，就是因为进程的特性：并发性。进程之间是并发执行的，并发只说一段时间内同时进行。第一个输出一定是a,因为a在bc之外优先执行，而在执行bc的时候，2者会随机出现，多数情况会是acb,若想更快的见到abc，可

8、以讲c语句变长，如改为this is c child.这样进程需要的时间就稍长，后一个会先出现了。但宏观来看，还是并行的。2. 进程的控制 实验二为进程控制，分为不加锁和加锁的情况，产生的结果不同，在不加锁的情况下，还有由于进程的执行具有并发性这个特征，因此会产生字符交叉的情况，即某一个进程在自己的时间片当中使用处理机，但是当时间片结束，还没有完成，但也必须由下一个进程接管处理机，因为它就进入了阻塞的状态。多个进程反复出现，所以就出现了输出的字符交叉的情况。 但是，当我们对进程加锁后，就表明只能由该程序占用处理机，必须这些完这段程序才能执行下一段，因为不会出现交叉的情况，这个就是锁的作用。3.

9、 进程的软中断通信 进程的软中断控制，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Del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 process 1 is killed by parent!Child process 2 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!4. 进程的管道通信 实验四为进程通道管理：管道机制必须提供以下三方面的协调能力： (1

10、)首先要判断读写进程双方是否存在，只有确定读进程和写进程都存在的情况下，才能够通过管道进行通信。(2)同步：当写进程完成任务，把要求的数据写入管道后，便会睡眠等待。直到读进程将管道中的数据读取取出后，再把写进程唤醒。当读进程试图从一空管道中读取数据时，也应睡眠等待，直至写进程将数据写入管道后，才将其唤醒。(3)互斥:当一个进程正对pipe进行读/写操作时，另一进程必须等待，程序中使用lock(fd1,1,0)函数实现对管道的加锁操作，用lock(fd1,0,0)解除管道的锁定七、调试时遇到的问题及解决方法（提供BUG截屏）八、调试后的程序源代码1.创建进程#include main()int

11、p1,p2; while(p1=fork()=-1);/fork为系统调用函数，作用是创建一个进程if(p1=0)/fork返回0代表子进程在执行putchar(b);/打印字母b代表子进程1执行else /父进程返回子进程的ID while(p2=fork()=-1);/创建子进程2if(p2=0)putchar(c);/打印字母c代表子进程2执行else putchar(a);/打印字母a代表父进程执行2.进程的控制（1）未加锁： #include main() int p1,p2,i; while(p1=fork()=-1); if(p1=0) for(i=0;i50;i+) print

12、f(child%dn,i); else while(p2=fork()=-1); if(p2=0) for(i=0;i50;i+) printf(son%dn,i); else for(i=0;i50;i+)printf(daughter%dn,i);（2）加锁：#include#include /系统调用lockf的头文件main() int p1,p2,i; while(p1=fork()=-1); if(p1=0) lockf(1,1,0); /给该进程加锁，使得其他进程无法访问处理机的输出资源 for(i=0;i50;i+) printf(child %dn,i); lockf(1,0

13、,0);/解锁 else while(p2=fork()=-1); if(p2=0) lockf(1,1,0); for(i=0;i50;i+) printf(son %dn,i); lockf(1,0,0); else lockf(1,1,0); for(i=0;i50;i+) printf(daughter %dn,i); lockf(1,0,0); 3进程的软中断通信#include#include#includevoid waiting(),stop();int wait_mark;main()int p1,p2; while(p1=fork()=-1); if(p10) while(

14、p2=fork()=-1); if(p20) printf(parentsn); wait_mark=1; signal(SIGINT,stop); waiting(0); kill(p1,16); kill(p2,17); wait(0); wait(0); printf(parent process is killed! n); exit(0); Else printf(p2n); wait_mark=1; signal(17,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); waiting(); lockf(1,1,0); printf(child process2 is k

15、illed by parent! n); lockf(1,0,0); exit(0); Else printf(p1n); wait_mark=1; signal(16,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); waiting(); lockf(1,1,0); printf(child process1 is killed by parent! n); lockf(1,0,0); exit(0); void waiting()while(wait_mark!=0);void stop()wait_mark=0;4. 进程的管道通信#include#include#inclu

16、deint pid1,pid2;main() int fd3; char OutPipe100,InPipe100; pipe(fd); while(pid1=fork()=-1); if(pid1=0) printf(p1n); lockf(fd1,1,0); sprintf(OutPipe,Child 1 process is sending a message!); OutPipe write(fd1,OutPipe,50); sleep(1); lockf(fd1,0,0); exit(0); else while(pid2=fork()=-1); if(pid2=0) printf(

17、p2n); lockf(fd1,1,0); sprintf(OutPipe,Child 2 process is sending a message!);OutPipe write(fd1,OutPipe,50); sleep(1); lockf(fd1,0,0); exit(0); else printf(parentn); wait(0); read(fd0,InPipe,50); printf(%sn,InPipe); wait(0); read(fd0,InPipe,50); printf(%sn,InPipe); exit(0);九、实验体会 第一次接触Linux系统，使用起来非常不习惯，但是在了解了终端上的一些指令操作后，感觉还可以。这个实验一共有四个小题，第一个与第二个都涉及到了进程的概念，以及进程具有并发性的这个特点。通过前2个实验，我对与进程是并发执行的有了深刻的认识。以前我就觉得它就跟C语言一样，一行一行的执行，不会出现什么跳跃，交错之类的。简而易见，以前理解错了。进程之间确实是并发执行的。另外的2个实验一个是中断的处理，一个是管道的应用。前者比较抽象，用编程实现的时候比较不好想。后者还比较容易，我理解的就是管道就是一个中介，数据都放到管道中。写进程将读进程需要的数据写到管道中，而读进程则借助于管道将写进程写入的数据读取出来。