《计算机操作系统》实验指导书

《计算机操作系统》实验指导书（适合于计算机科学与技术专业）湖南工业大学计算机与通信学院二O一二年十月i前言计算机操作系统是计算机科学与技术专业的主要专业基础课程，其实践性、应用性很强。实践教学环节是必不可少的一个重要环节。计算机操作系统的实验目的是加深对理论教学内容的理解和掌握，使学生较系统地掌握操作系统的基本原理，加深对操作系统基本方法的理解，加深对课堂知识的理解，为学生综合运用所学知识，在Linux环境下调用一些常用的函数编写功能较简单的程序来实现操作系统的基本方法、并在实践应用方面打下一定基础。要求学生在实验指导教师的帮助下自行完成各个操作环节，并能实现且达到举一反三的目的，完成一个实验解决一类问题。要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、设计和解答类似问题；对此能够较好地理解和掌握，并且能够进行简单分析和判断；能够熟练使用Linux用户界面；掌握操作系统中进程的概念和控制方法；了解进程的并发，进程之间的通信方式，了解虚拟存储管理的基本思想。同时培养学生进行分析问题、解决问题的能力；培养学生完成实验分析、实验方法、实验操作与测试、实验过程的观察、理解和归纳能力。为了收到良好的实验效果，编写了这本实验指导书。在指导书中，每一个实验均按照该课程实验大纲的要求编写，力求紧扣理论知识点、突出设计方法、明确设计思路，通过多种形式完成实验任务，最终引导学生有目的、有方向地完成实验任务，得出实验结果。任课教师在实验前对实验任务进行一定的分析和讲解，要求学生按照每一个实验的具体要求提前完成准备工作，如：查找资料、设计程序、完成程序、写出预习报告等，做到有准备地上机。进行实验时，指导教师应检查学生的预习情况，并对调试过程给予积极指导。实验完毕后，学生应根据实验数据及结果，完成实验报告，由学习委员统一收齐后交指导教师审阅评定。实验成绩考核：实验成绩占计算机操作系统课程总评成绩的20%。指导教师每次实验对学生进行出勤考核，对实验效果作记录，并及时批改实验报告，综合评定每一次的实验成绩，在学期终了以平均成绩作为该生的实验成绩。有以下情形之一者，实验成绩为不及格：1.迟到、早退、无故缺勤总共3次及以上者；2.未按时完成实验达3次及以上者；3.缺交实验报告2次及以上者。ii目录第一部分实验环境及所用系统函数介绍.....................................11.1Linux操作系统简介...............................................11.2Linux的使用.....................................................11.2.1vi的使用..................................................11.2.2gcc的使用.................................................21.2.3主要系统调用函数...........................................2第二部分实验内容.......................................................5实验一熟悉LINUX基本命令及编程环境.................................5实验二进程管理.....................................................8实验三进程调度....................................................12实验四进程间通信..................................................17实验五存储管理实验................................................20.1.第一部分实验环境及所用系统函数介绍DOS操作系统是单道操作系统，无法进行多道程序设计，Windows环境下的VisualC++虽然也可用于多道程序设计，但是并不是完全的多道，因为它也可用于DOS编程。所以我们的实验选用Linux操作系统。Linux操作系统是一个类UINX操作系统，是一个纯多道并发的网络操作系统。1.1Linux操作系统简介Linux是一个多用户操作系统，是UNIX的一个克隆版本(界面相同但内部实现不同)，同时它是一个自由软件，是免费的、源代码开放的，这是它与UNIX的不同之处。现在，Linux凭借优秀的设计，不凡的性能，加上IBM、Intel、CA、CORE、Oracle等国际知名企业的大力支持，市场份额逐步扩大，已成为与Windows和UNIX并存的三大主流操作系统之一。1.2Linux的使用1.2.1vi的使用1)vi的简单应用vi是linux环境下赫赫有名的文本编辑工具之一。进入vi编辑器的方法：vifilename.c注：文件名必须带有扩展名.c，如filename.c否则无法通过编译；进入vi后要按：按“i”键从命令方式切换到输入方式；从输入方式切换到命令方式的方法：按“Esc”键保存文件:w保存文件并退出:wq不保存文件退出:q!注：以上操作必须在命令方式下进行。2)其他常用vi操作命令j,k,h,l:上下左右0：行首$:行尾ctrl+f:后翻页ctrl+b:前翻页G:文件尾数字G:数字所指定行i,I:插入命令，i在当前光标处插入，I行首插入.2.a,A:追加命令，a在当前光标后追加，A在行末追加o,O:打开命令，o在当前行下打开一行，O在当前行上插入一行x:删除光标处字符dd:删除当前行d0:删除光标前半行d$:删除光标后半行r,R:替换命令，r替换当前光标处字符，R从光标处开始替换/string：查找字符串n：继续查找N：反向继续查找%：查找对应括号u：取消上次操作注：以上操作必须在命令方式下进行。1.2.2gcc的使用gcc是linux下的一种c程序编译工具，使用方法如下（有提示符#的情况）：编译：gcc–ofilename1filename.c其中:filename.c是源文件名，filename1是目标文件名，o代表object执行：./filenamel示例：键入一简单的程序：viab.c按回车键输入以下代码段，#includestdio.h#includeunisted.hmain(){printf(“aaaa”);}按ESC键，再按“:WQ”(W是保存，Q是退出)出现提示符：[root@GGG-LINUXroot]#键入：gcc–oabab.c进行编译。执行：./ab1.2.3主要系统调用函数1.2.1系统调用fork()功能：创建一个新的进程.头文件：#includeunistd.h说明:本系统调用产生一个新的进程,叫子进程,是调用进程的一个复制品.调用进程.3.叫父进程,子进程继承了父进程的几乎所有的属性。(1)该子进程继承了父进程的程序空间，复制了父进程的数据段和栈段。也就是说不管是父进程还是子进程，在占有处理机后，都从fork（）调用的返回点开始运行;(2)调用成功则对父进程返回子进程标识号pid；(3)调用成功对子进程返回0,这也是最方便的区分父子进程的方法。(4)若调用失败则返回-1给父进程,子进程不生成。注意：如果fork()值0,0的数即是子进程号。但这时是父进程占有处理机。1.2.2系统调用wait（&status）：功能:等待子进程结束。(1)当有多个子进程时，任一个子进程结束即将控制返回调用者，并将子进程调用exit（status）时的status值送到&status指针所指单元中。(2)在控制返回调用者时，同时将所等到的子进程pid作为wait（）系统调用函数的返回值。(3)waitpid（pid，…）：等待pid所指定的进程结束。(4)返回值：等待到一个子进程返回时，返回值为该子进程号；否则返回值为–1。说明:允许调用进程（即父进程）取得子进程的状态信息，调用进程将会挂起直到其一个子进程终止。1.2.3系统调用exit()功能:终止进程.语法:#includestdlib.hvoidexit(status)intstatus功能：调用进程被该系统调用终止。该系统调用发出后，操作系统将从系统中删除调用exit的进程，并将status值传给等待它结束的父进程。返回值:无1.2.4系统调用kill()功能:向一个或一组进程发送一个信号。语法:#includesignal.hintkill(pid,sig);pid_tpid;intsig;说明:向一个或一组进程发送一个信号,该信号由参数sig指定，为系统给出的信号表中的一个。Sig是signal的缩写。.4.返回值:调用成功则返回0，否则返回-1.kill-STOP[pid]：发送SIGSTOP(17,19,23)停止一个进程，而并不消灭这个进程。kill-CONT[pid]：发送SIGCONT(19,18,25)重新开始一个停止的进程。kill-KILL[pid]：发送SIGKILL(9)强迫进程立即停止，并且不实施清理操作。kill-9-1：终止拥有的全部进程。SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕捉、封锁或者忽略。1.2.5系统调用lockf()功能：应用、检测或删除打开文件的一个POSIX锁语法：#includeunistd.hintlockf(intfd,intcmd,off_tlen);说明：应用、检测或删除打开文件某部分的一个POSIX锁，文件通过fd指明，文件的描述符的请求操作通过cmd指明。#defineF_ULOCK0解锁一个区域#defineF_LOCK1上锁一个区域#defineF_TLOCK2检测并上锁一个区域#defineF_TEST3检测一个区域是否上锁文件上锁区域的请求起始于隐含的偏移并包好len字节，假如len为负，从pos…pos+len-1，这里pos为当前文件位置，假如len为零，则位置从当前文件位置延伸延伸到无限长，包括当前和以后的文件最后的位置。在所有情况下，位置可延伸到以前当前的文件的最后位置。在Linux中，这称为fcntl(2)的接口（一般会指明lockf和fcntl的关系）。1.2.6系统调用pipe()是用来建立管道的。语法:#includeunistd.hintpipe(intfd[2]);这里fd[1]为写入端，fd[0]为读出端。功能：从管道里写或从管道里读。计算机操作系统实验指导书.5.第二部分实验内容实验一熟悉LINUX基本命令及编程环境一、实验类型本实验为验证性实验。二、实验目的与任务1）熟悉使用Linux字符界面，窗口系统的常用命令；2）熟悉运用Linux常用的编程工具；3）熟悉运用Linux的在线求助系统。三、预习要求1）熟悉一种操作系统的使用和安装，如windows操作系统的安装，DOS系统的使用2）了解进程的概念及进程的状态3）熟悉c语言程序设计4）熟悉c语言程序编译过程四、实验基本原理进入Linux操作系统后，控制终端的命令行输入方式下输入各种命令，并显示各种命令操作后的输出结果，操作包括文件操作命令的使用，vi命令的使用以及gcc编译器的使用，详细的各种命令及使用方式见第一部分的介绍。五、实验仪器与设备（或工具软件）实验设备：计算机一台，软件环境要求：安装RedHatLinux操作系统和gcc编译器。六、实验内容1）使用常用的操作命令ls,cp,rm,mkdir,man,vi等。2）熟悉怎么编辑一个程序（编辑，调试，运行见），输入一个简单的C程序进行练习，参考练习程序如下：程序1#includestdio.h计算机操作系统实验指导书.6.main(){intp1;while((p1=fork())==-1);if(p1==0)putchar(‘B’);elseputchar(‘A’);}}程