操作系统课程设计实验报告

操作系统课程设计实验报告二00九级计算机三班学号：0905010322姓名：指导老师:时间：2012.02.20--2012.03.01目录1一、任务内容及进度安排1.任务内容……………………………22.进度安排……………………………5二、实现任务及其问题分析任务一…………………………………7任务二…………………………………8任务三…………………………………9任务四…………………………………9三、心得体会………………………………10四、附录……………………………………11一、任务内容及进度安排1.任务内容任务一I/O系统调用开销比较2在LINUX平台用C编程逆序一个文本文件，注意显示逆转结果的必须是原文件名。如文件原内容为“abcd”，处理后内容应为“dcba”。请分别使用三种方法（1）标准C的I/O库函数：fopen、fread和fwrite（2）Unix的I/O函数：open、read和write（3）open和mmap要求尽量考虑效率，比较三种方法的性能。任务二实现一个简单的shell实现一个简单的shell（命令行解释器），类似于sh,bash,csh等。你的shell必须支持以下内部命令cd目录更改当前的工作目录到另一个目录。如果目录未指定，输出当前工作目录。如果目录不存在，应当有适当的错误信息提示。这个命令应该也能改变PWD的环境变量。environ列出所有环境变量字符串的设置（类似于Unix系统下的env命令）。echo内容显示echo后的内容且换行help简短概要的输出你的shell的使用方法和基本功能。jobs输出shell当前的一系列子进程，必须提供子进程的命名和PID号。quit,exit,bye退出shell。所有的内部命令应当优先于在$PATH中同名的程序。任何非内部命令必须请求shell创建一个新进程,且该子进程执行指定的程序。这个新进程必须继承shell的环境变量和指定的命令行参数。Shell应当具有以下特征：BatchProcessing如果shell启动带有一个文件名作为参数，打开该文3件并执行文件里所有命令。待所有进程全部结束退出shell。该功能类似于shell的交互模式。Debugging提供-v选项，shell启动时打开此选项将在运行过程中输出若干调试信息。在该种模式下，shell应该显示所有被创建了的进程的PID号，通报已结束的子进程和传递给子进程的参数等。Prompt（命令行提示符）解释器应该打印$PS2（而不是$PS1）作为提示符。Backgroundprocessing如果命令以符号&终止，在后台并发执行该程序。shell立即等待下一命令行的输入，而不等待该程序的结束。任务三进程/线程同步编程实现下图的效果，要求分别使用进程和线程（1）进程＋SYSV信号量（2）线程实现+Posix同步操作API无论进程形式还是线程形式，进程/线程pi的主体反复输出下面语句：Iamprocess(orthread)pi执行次数取必须保证进程并发情况的发生（比如p3和p4的交迭运行），大家自行调整。必须保证parbegin(p1(),p2(),……,p6())并发形式的充分发生,一个典型的输出系列如下：Iamthread1.....Iamthread1Iamthread1P1P2P3P4P5P64.....Iamthread1Iamthread3.....Iamthread3Iamthread2.....Iamthread2Iamthread3.....Iamthread3Iamthread2任务四文件内容的并行搜索在阅读大型项目代码时，经常要搜索某个标识符，找出该标识符的声明、定义或引用的地方（某文件的哪一行）。本任务要求实现一个程序idfind，其使用格式如下：idfind[-jn]iddirname选项-j指定并行线程数目。如果省略该选项，则只启动一个线程。id表示要查找的标识符，dirname表示项目所在目录。任务五实现一个malloc/free实现一个malloc/free,必须按讲义指出的方案（注意，因为网上有一些现成的版本，凡未按讲义方案实现者均无效）设计测试实例，并与libc的malloc实现进行性能比较。选做,分析你正在使用的libc下malloc的实现。5请参考下面的材料注意其如何保证性能。任务六利用元数据操作ext2文件系统1.了解并熟悉EX2文件系统的组织结构。2.编制一个文件系统浏览器，该浏览器类似shell，但只能对一个ext2文件系统执行以下操作：a)cd：改变用户当前工作目录。假定初始目录为ext2文件系统的根目录。b)ls：列出用户当前目录的所有文件，每项输出格式包括：文件的权限，文件大小，修改时间和文件名。c)cat：输出一个文件的内容。d)exit：退出该程序这几个命令都比shell类似的命令要简单一些。2.进度安排周二（2012.02.21）：1）编写生成制定大小的文件的程序2）编写标准C的I/O操作程序3）编写Unix的I/0操作程序周三（2012.02.22）：1)编写mmap的I/0操作程序2)测试三种不同方法的性能3）熟悉了解shell的相关机理周四（2012.02.23）：1）实现cd命令62）实现environ命令3）实现echo命令4）实现help命令周五（2012.02.24）：1）实现jobs命令2）实习退出命令3）实现命令提示符特征4）实现后台运行特征周一（2012.02.27）：1)实现外部命令调用功能2)测试shell,检测时候达到要求3)编写任务三的进程同步4）编写任务三的县线程同步周二（2012.02.28）：1）文件的搜索的单进程实现2）文件搜索的多进程实现周三（2012.02.29):1)实现任务五周四（2012.03.01）：1）测试修改任务五代码2）完成实验六的部分代码周五（2012.03.02):71）完成实验六的代码2)测试实验六的功能二、实现任务及其问题分析任务一I/O系统调用开销比较实现的功能：1.生成制定大小的文件2.利用C实现文件内容的逆序3.利用unix函数实现文件内容的逆序4.利用mmap函数实现文件内容的逆序5.按照要求跟踪实现性能比较问题分析：1.文件读取后出现乱码分析：fread（）函数的使用出现问题，重新修改后问题解决。2.文件逆序后无法打开分析：fwrite()函数的使用出现问题，字符串在重新逆序后没有添加结束符。3.对汉字文件操作后，文件全部为乱码分析：不同的编译器中对汉字的大小定义不同，修改每次读取的字节数，问题解决。4.解决中间文件，实现文件逆序，程序执行后无变化分析：文件的打开方式不正确，导致无法写入文件，修改打开方式后，文件操作成功。任务二实现一个简单的shell8实现的功能：1.内部命令cd功能2.内部命令echo功能3.内部命令environ功能4.内部命令help功能5.内部命令jobs功能6.内部命令退出功能7.解释器应该打印$PS2作为提示符。8.命令以符号&终止，在后台并发执行该程序。shell立即等待下一命令行的输入，而不等待该程序的结束。问题分析：1.cd功能实现过程中，无法确定路径改变时候成功问题分析：模仿linux的shell模式，在命令提示符中调用环境变量，打印当前的路径。2.Echo命令执行之后会，在字符串的最后会出现'\n'符号问题分析：检查程序语句后，发现在命令解析时，字符串结束符的添加位置出现偏差，忽略了被读取的换行符号。3.实现jobs功能时，无法调用系统程序，而自己实现时又无法操作问题分析：设置结构体数字，存储子进程的名称、ID号、及状态。ID号在父进程返回时获取并保存，状态通过fork（）返回的次数来确定。2.在解析命令时，当命令中参数比较多多时，解析代码会出现错误。任务三进程/线程同步实现的功能：91.线程的同步2.进程的同步问题分析：1.子进程在信号量为0的状态下，没有阻塞，依然执行。问题分析：函数的参数设置问题，修改函数参数设置。2.无法创建信号量或创建后无法初始化为0问题分析：信号量创建函数的参数设置问题，在最后的参数添加一个参数0666，问题解决。3.进程并发一定后，程序死锁问题分析：在程序中发现在同一进程代码中两次申请了同一资源，导致死锁。4.进程无法出现较为理想的并发状态问题分析：在各个进程的打印次数设置方面不合理，修改各个子进程的打印次数，使其能产生理想的状态。5.进程4和进程3仅仅发生一次并发，后来一直等待进程3结束后，进程4又开始执行。问题分析：进程4释放资源后，进程5占据，等待资源3，从而导致进程5和进程4竞争资源2，导致进程4无法执行，增加进程2的资源数后问题解决。任务四文件内容的并行搜索任务四的并行搜索实现的比较少，仅仅通过多种渠道了解了如何进行操作，但是后面没有多余的时间进行编写。三、心得体会在此次操作系统课程设计中，对于专业方面的知识又有了更多的了解，同时也接触到了一个全新的程序设计平台。10此次课程设计的操作平台是linux操作系统，在此之前，自己对linux并没有太多的了解。通过此次课程设计，自己对linux系统及基于linux核心的程序设计有了个更多的了解，同时也体会到linux平台下编译工具的方便及强大，同时也深刻体验了开源的操作系统对于一个计算机从业者的重要性。通过linux下的c编程，自己又找到了一个新的编程方向。此外，此次课程设计的前两个任务的意义没有特别的体现，基本是利用编程的知识来实现一个具有特定功能的程序或者系统，没有感到太多的不同。然而，第三个实验的同步却让我感觉到了有一中不一样的感觉。通过自己编程实践，体会到了多线程、多进程同步的机理，对于进程、线程同步有了更深刻的了解，确实感觉到了多进程多线程的优越及有趣之处，使我自己对进程和线程同步有了更大的兴趣。后面的三个任务可能具有更大的意义，但是由于自己在前面的实验花费了太多的时间的，导致后面没有时间继续完成。现在看来感觉前面的任务其实没什么，但是实际做起来，却没有那么高的效率，也使我认识到自己的不足及努力的方向。附录:线程并发：#includestdio.h#includepthread.h11#includestdlib.h#includeunistd.hpthread_mutex_tmutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_tmutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_tmutex3=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_tmutex4=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_tmutex5=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_tmutex6=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_tmutex7=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void*thread1(void*arg){inti,j;for(i=0;i10;i++){printf(Iamprocess1\n);fflush(stdout);sleep(1);}pthread_mutex_unlock(&mutex1);pthread_mutex_unlock(&mutex2);returnNULL;}void*thread2(void*arg){12inti,j;pthread_mutex_lock(&mutex1);for(i=0;i10;i++){printf(Iamprocess2\n);fflush(stdout);sleep(1);}pthread_mutex_unlock(&mutex1);pthread_mutex_unlock(&mutex3);pthread_mutex_unlock(&mutex4);returnNULL;}void*t