编辑模拟多进程共享临界资源

课程设计课程设计名称：操作系统原理专业班级：软件1301学生姓名：理金龙学号：201316920126指导教师：刘於勋课程设计时间：2015年7月6-11日软件工程专业课程设计任务书学生姓名理金龙专业班级软件1301学号201316920126题目编程模拟多进程共享临界资源课题性质其它课题来源自拟课题指导教师刘於勋同组姓名主要内容要求产生3个进程：1、两个进程模拟需要进入临界区的用户进程，当需要进入临界区时，显示：“进程x请求进入临界区…”，同时向管理进程提出申请；申请返回，表示进入了临界区。在临界区中等待一段随机时间，并显示：“进程x正在临界区…”；当时间结束，显示：“进程x退出临界区…”,同时向管理进程提出退出申请；当申请返回，显示：“进程x已退出临界区。”2、一个进程作为原语的管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：如果允许进入，则设置相应变量，然后返回；如果不允许进入，则进入循环等待，直到允许为止；3、对临界区的访问应遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。4、进程间通信可以采用信号、消息传递、管道或网络通信方式。任务要求理解多进程共享临界资源的原理，并编程实现参考文献任满杰等《操作系统原理实用教程》电子工业出版社2006汤子瀛《计算机操作系统》（修订版）西安电子科技大学出版社2001张尧学史美林《计算机操作系统教程》实验指导清华大学出版社2000罗宇等《操作系统课程设计》机械工业出版社2005审查意见指导教师签字：教研室主任签字：2015年7月6日说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页信息科学与工程学院课程设计成绩评价表课程名称：操作系统原理设计题目：编程模拟多进程共享临界资源专业：软件工程班级：软件1301姓名：理金龙学号：201316920126序号评审项目分数满分标准说明1内容思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确；设计方法科学，分析归纳合理；结论严谨，设计有应用价值。任务饱满，工作量适中2创新内容新颖，设计能反映新技术，对前人工作有改进或突破，或有独特见解3完整性、实用性整体构思后合理，理论依据充分，设计完整，实用性强4数据准确、可靠数据准确，算法设计合理5规范性设计格式、绘图、实验数据、标准的运用等符合有关标准和规定6纪律性遵守课程设计纪律，听从指导教师安排，设计过程态度认真7答辩准备充分，思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入，问题回答有理有据，简明正确总分综合意见指导教师2015年7月12日11需求分析1、要求产生至少3个进程：2、两个进程模拟需要进入临界区的用户进程，当需要进入临界区时，显示：“进程x请求进入临界区…”，同时向管理进程提出申请；在临界区中等待一段随机时间，并显示：“进程x正在临界区…”；当时间结束，显示：“进程x退出临界区…”,同时向管理进程提出退出申请。3、一个进程作为原语级管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：如果允许进入，则设置相应变量，然后返回；如果不允许进入，则进入循环等待，直到允许为止；4、对临界区的访问应遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。5、进程间通信可以采用信号、消息传递、管道或网络通信方式。2概要设计2.1其中包含两个重要的数据结构：2.11临界区：Structcrform{Intsem;//临界区的信号量值semInthead;//临界区等待队列的头，指向的是最先到的进程Inttail;//临界区等待队列的尾，指向的是进入等待队列的进程Intduilie[20];//存放的是等待的进程的信息，以便唤醒待}cr;Cr.sem=1;//初始临界区信号量必须为一，因为只允许一个进程进入临界区Cr.head=0;//初始时指向等待队列的第一个单元Cr.tail=0;22.12消息队列：Structmsgform{Longmsgtype;//消息的类型，在取消息队列时用于区分哪些是该取的信息Intmtext;//信息的内容，在这里是申请|退出进程的信息};2.2进程创建和控制：fork（）系统调用：关键的语句：intx,y;while((x=fork())==-1);//创建子进程1if(x==0){//子进程1执行程序段}else{while((y=fork())==-1);if(y==0){//子进程2执行程序段}else{//父进程执行程序段}}2.3设计流程图：3图1用户进程流程图图管理进程4图3申请进入临界区处理子进程图4申请退出处理子程序53运行环境3.1linux操作系统3.2Gcc编译器4开发工具和编程语言4.1开发工具：Gcc编译器4.2编程语言：C语言5详细设计子函数一：voidinto()//申请进入临界区{structmsgformmsg;key_thh=ftok(OSP.c,1);intmsgqid=msgget(hh,0666|IPC_CREAT);cr.sem--;//一旦申请进入临界区就得减1msgrcv(msgqid,&msg,4,1,0);//接收消息--申请进入进程发送的类型为1msg.msgtype=(long)msg.mtext;//并把接收到的消息内容作为回馈消息的消息类型if(cr.sem=0)//判断此时进程的状态，sem=0可以获得临界区{if(msg.mtext==3)printf(进程1：进入临界区\n);elseprintf(进程2：进入临界区\n);msg.mtext=1;//现在允许进入，发送内容为1的消息给申请进程msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);}6Else//到等待队列{if(msg.mtext==3)printf(进程1：进入等待队列\n);elseprintf(进程2：进入等待队列\n);cr.duilie[cr.tail]=msg.mtext;cr.tail++;if(cr.tail==20)cr.tail=0;msg.mtext=-1;msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);//若临界区忙，发送进入等待队列的消息给申请进入的进程}子函数二：voidout()//申请退出临界区{structmsgformmsg;key_thh=ftok(OSP.c,1);intmsgqid=msgget(hh,0666|IPC_CREAT);msgrcv(msgqid,&msg,4,2,0);//从消息队列上取下申请退出的消息cr.sem++;if(cr.tail!=cr.head)//查看等待队列中是否有等待进入临界区的队列{//有则唤醒等待队列中等待的进程，并允许申请退出的进程退出if(msg.mtext==3)printf(进程1：退出临界区\n);else7printf(进程2：退出临界区\n);msg.msgtype=msg.mtext;msg.mtext=0;msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);intpid2=cr.duilie[cr.head];cr.head++;if(cr.head==20)cr.head=0;msg.mtext=1;msg.msgtype=pid2;if(pid2==3)printf(进程1：进入临界区\n);elseprintf(进程2：进入临界区\n);msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);}else//如果等待队列上没有等待进入临界区的进程，直接向申请退出的进程发送消息，允许退出{if(msg.mtext==3)printf(进程1：退出临界区\n);elseprintf(进程2：退出临界区\n);msg.msgtype=msg.mtext;msg.mtext=0;msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);}}86调试分析在作这个课题过程中遇到了主要的这样几个问题：消息队列不能正常使用错误原因1：消息队列没有建立成功解决办法：在用消息队列之初先删除这个队列，然后再建立使用错误原因2：取到的结果总出现错误，没有统一的消息类型解决办法：定制统一的消息类型规则，依照规则使用消息类型错误原因3：进程需要的消息已经被取走，使得进程停留在取消息这一步不向下执行解决办法：是程序逻辑上的问题，仔细查看程序流程并操控好使得可以处于正常逻辑申请到临界区退出临界区显示滞后（如有时会显示“进程一获得临界区”然后“进程二退出临界区”）错误原因:在管理进程中已经将临界区状态修改为空闲，却没有显示哪个进程退出临界区，这个退出的信息必须等到子进程上cpu时才会显示出来，而这中间有别的进程上cpu执行申请的操作，就会获得临界区，就会显示“进程获得临界区”，在此后退出临界区的进程才上cpu显示“退出临界区”。解决办法：将显示放到管理进程中，一旦有进程获得临界区或者退出临界区就做出显示。7测试结果测试数据：1，0；1，2测试截图：图5开始界面9图6主程序运行界面图7输入1，暂停运行图8输入0，程序继续运行10图9输入2，程序退出运行11参考文献[1]任满杰等《操作系统原理实用教程》电子工业出版社2006[2]汤子瀛《计算机操作系统》（修订版）西安电子科技大学出版社2001[3]张尧学史美林《计算机操作系统教程》实验指导清华大学出版社2000[4]罗宇等《操作系统课程设计》机械工业出版社2005[5]赛奎春、张雨编著，《VisualC++工程应用与项目实践》，海洋出版社，2005.112心得体会这次操作系统课设给了我很大的启发和提高。一直以来自己我的编程基础不太好，常出现逻辑混乱，不注重细节问题，在这门课中我有了更深的理解；科学是不允许错误的，需要认真严谨的态度。也正是因为如此我才有了进步。理论联系实际，总会有更深刻的收获，通过这样的实际思考，动手修改操作，对理论有了深层次的理解，更加证实了理论，打消了心中不切实际的一些想法。慢慢的会形成自己的一个实际经验，为日后的工作学习打下心里和知识上的基础。小学期的课程真是紧张而又充实，确实是收获很多，心中也增加了几分自信，对未来的工作有更大的信息。13程序源代码（工程）第一部分：OSP.c#includestdio.h#includestdlib.h#includeunistd.h#includesignal.h#includesys/types.h#includesys/msg.h#includesys/ipc.h#includeran.h#defineMSGKEY898989structcrform{intsem;inthead;inttail;intduilie[20];}cr;structmsgform{longmsgtype;intmtext;};voidinto();14voidout();intmain(void){puts(***********************提示信息***********************\n);puts(在程序运行过程中：\n);puts(-------输入0继续运行程序\n);puts(-------输入1暂停运行程序\n);puts(-------输入2退出程序\n);puts(*****************************************************\n);intppid=getpid();cr.sem=1;cr.head=0;cr.tail=0;structShMe{intnum;intflags;intp1;intp2;};intshmid=shmget(IPC_PRIVATE,1024,0666|IPC_CREAT);if(shmid==-1){printf(共享内存区创建错误-----\n);exit(0);15}pid_tid=fork();if(id0){printf(新进程创建错误！！2秒后自动退出。。。。。\n);sleep(2);exit(0);}elseif(id==0){pid_tid2=f