操作系统课程设计--进程管理、进程间通信

烟台大学文经学院烟台大学文经学院课程：操作系统学号：姓名：班级：指导老师：设计名称进程管理。进程间通信。烟台大学文经学院成员课程设计地点一．课程设计思想及目的（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）分析进程竞争资源现象，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。Linux系统的进程通信机构(IPC)允许在任意进程间大批量地交换数据。本实验的目的是了解和熟悉Linux支持的消息通讯机制及信息量机制。二．课程设计设备及环境装有Linux操作系统的PC机三．课程设计内容（1）进程的创建编写一段源程序，使系统调用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”。试观察纪录屏幕上的显示结果，并分析原因。（2）进程的控制烟台大学文经学院修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，在观察程序执行时屏幕出现的现象，并分析原因。如果在程序中使用调用lockf()来给每一个子进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。（3）①编写一段程序，使其现实进程的软中断通信。消息的创建，发送和接收。①使用系统调用msgget(),msgsnd(),msgrev(),及msgctl()编制一长度为1k的消息的发送和接收程序。②观察上面的程序，说明控制消息队列系统调用msgctl()在此起什么作用？共享存储区的创建、附接和段接。使用系统调用shmget(),shmat(),sgmdt(),shmctl(),编制一个与上述功能相同的程序。比较上述（1），（2）两种消息通信机制中数据传输的时间。四.课程设计过程及结果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”。试观察烟台大学文经学院记录屏幕上的显示结果，并分析原因。〈程序〉#includestdio.hmain(){intp1,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');elseputchar('a');/*父进程执行*/}}运行结果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。烟台大学文经学院2．进程的控制任务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〉#includestdio.hmain(){intp1,p2,i;if(p1=fork()){for(i=0;i500;i++)printf(parent%d\n,i);wait(0);/*保证在子进程终止前，父进程不会终止*/exit(0);}else{烟台大学文经学院if(p2=fork()){for(i=0;i500;i++)printf(son%d\n,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%d\n,i);exit(0);}}}〈运行结果〉parent….son…grandchild…grandchild…或grandchild烟台大学文经学院…son…grandchild…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〉#includestdio.hmain(){intp1,p2,i;if(p1=fork()){lockf(1,1,0);for(i=0;i500;i++)printf(parent%d\n,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);烟台大学文经学院}else{if(p2=fork()){lockf(1,1,0);for(i=0;i500;i++)printf(son%d\n,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%d\n,i);lockf(1,0,0);exit(0);}}烟台大学文经学院}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：childprocess1iskilledbyparent!childprocess2iskilledbyparent!父进程等待两个子进程终止后，输出以下信息后终止：parentprocessiskilled!#includestdio.h烟台大学文经学院#includesignal.h#includeunistd.hvoidwaiting(),stop(),alarming();intwait_mark;main(){intp1,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SIGALRMwaiting();kill(p1,16);/*向p1发软中断信号16*/kill(p2,17);/*向p2发软中断信号17*/wait(0);/*同步*/烟台大学文经学院wait(0);printf(parentprocessiskilled!\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(childprocess2iskilledbyparent!\n);lockf(1,0,0);exit(0);}}else{wait_mark=1;signal(16,stop);signal(SIGINT,SIG_IGN);/*忽略^c信号*/while(wait_mark!=0)烟台大学文经学院lockf(1,1,0);printf(childprocess1iskilledbyparent!\n);lockf(1,0,0);exit(0);}}voidwaiting(){sleep(5);if(wait_mark!=0)kill(getpid(),SIGALRM);}voidalarming(){wait_mark=0;}voidstop(){烟台大学文经学院wait_mark=0;}运行结果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。〈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。程序#includestdio.h#includesignal.h#includeunistd.hintpid1,pid2;intEndFlag=0;intpf1=0;intpf2=0;烟台大学文经学院voidIntDelete(){kill(pid1,16);kill(pid2,17);}voidInt1(){printf(childprocess1iskilled!byparent\n);exit(0);}voidInt2(){printf(childprocess2iskilled!byparent\n);exit(0);}main(){intexitpid;if(pid1=fork())烟台大学文经学院{if(pid2=fork()){signal(SIGINT,IntDelete);waitpid(-1,&exitpid,0);waitpid(-1,&exitpid,0);printf(parentprocessiskilled\n);exit(0);}else{signal(SIGINT,SIG_IGN);signal(17,Int2);pause();}}else{signal(SIGINT,SIG_IGN);signal(16,Int1);pause();}烟台大学文经学院}〈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：child1processissendingmessage!child2processissendingmessage!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〉#includeunistd.h#includesignal.h#includestdio.hintpid1,pid2;main(){intfd[2];charoutpipe[100],inpipe[100];pipe(fd);/*创建一个管道*/烟台大学文经学院while((pid1=fork())==-1);if(pid1==0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(outpipe,child1processissendingmessage!);/*把串放入数组outpipe中*/write(fd[1],outpipe,50);/*向管道写长为50字节的串*/sleep(5);/*自我阻塞5秒*/lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{while((pid2=fork())==-1);if(pid2==0){lockf(fd[1],1,0);/*互斥*/sprintf(outpipe,child2processissendingmessage!);write(fd[1],outpipe,50);sleep(5);lockf(fd[1],0,0);exit(0);烟台大学文经学院}else{wait(0);/*同步*/read(fd[0],inpipe,50);/*从管道中读长为50字节的串*/printf(%s\n,in