操作系统课程设计进程管理进程间通信.docx
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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
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。
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
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”。
试观察记录屏幕上的显示结果,并分析原因。
〈程序〉
#include
main()
{
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。
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〉
#include
main()
{
intp1,p2,i;
if(p1=fork())
{
for(i=0;i<500;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
{
if(p2=fork())
{
for(i=0;i<500;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;i<500;i++)
printf(“grandchild%d\n",i);
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉
parent….
son…
grandchild…
grandchild…
或grandchild
…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〉
#include
main()
{
intp1,p2,i;
if(p1=fork())
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;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);
}
else
{
if(p2=fork())
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;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;i<500;i++)
printf("daughter%d\n",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!
#include
#include
#include
voidwaiting(),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SIGALRM
waiting();
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*/
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)
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()
{
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>
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
intEndFlag=0;
intpf1=0;
intpf2=0;
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())
{
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();
}
}
〈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〉
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
main()
{
intfd[2];
charoutpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd);/*创建一个管道*/
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);
}
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",inpipe);
wait(0);
read(fd[0],inpipe,50);
printf("%s\n",inpipe);
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉
延迟5秒后显示:
child1processissendingmessage!
再延迟5秒:
child2processissendingmessage!
(2)进程的管道通信
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。
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
main()
{
intfd[2];
charoutpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd);/*创建一个管道*/
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);
}
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",inpipe);
wait(0);
read(fd[0],inpipe,50);
printf("%s\n",inpipe);
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉
延迟5秒后显示:
child1processissendingmessage!
再延迟5秒:
child2processissendingmessage!
(2)消息的创建,发送和接收
#include
#include
#include
#include
#defineMSGKEY75/*定义关键词MEGKEY*/
Structmsgform/*消息结构*/
{
longmtype;
charmtexe[100];/*文本长度*/
}msg;
intmsgqid,i;
voidCLIENT()
{
inti;
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);
for(i=10;i>=1;i--)
{
msg.mtype=i;
printf("(client)sent\n");
msgsnd(msgqid,&msg,1030,0);/*发送消息msg入msgid消息队列*/
}
exit(0);
}
voidSERVER()
{
msgqid=msgget(MSGKEY,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)receive\n");
}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);
}
elseCLIENT();
}
<运行结果>
。
。
。
五.设计流程图
六.分析
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”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,与预期设想一致是否
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sendmessage后才receivemessage.这一点有助于理解消息转送的实现机理.
课程设计报告成绩
课程设计成绩
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