1、操作系统实验答案教程文件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);
2、/*父进程执行*/ bca(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+
3、) printf(parent%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
4、 son parent 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(
5、) lockf(1,1,0); 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
6、lockf(1,1,0)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 k
7、illed! 程序#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
8、号17*/ 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,S
9、IG_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。
10、任务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); sig
12、nal(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 in
13、t 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(pid2
14、=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); 运
15、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,进行
16、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-) msg.mtype=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(MSGK
18、EY,0777|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(msg.mtype!=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”
19、和“(server)received”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
20、(),shmctl()编制一个与上述功能相同的程序. (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SERVER.SERVER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, S
21、erver端空闲,可发送 请求. CLIENT 随即填入9到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=shma
22、t(shmid,0,0); /*共享区起始地址为addr*/ 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() shmi
23、d=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_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0.1秒才有响应。同样,之后client又需要等待大约0.1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
24、才能感知。此时,client端并没有放弃系统的控制权,仍然占用CPU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
25、,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
26、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 *
27、next; typedef struct pfc_struct pfc_type;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 pagetot
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