操作系统Linux实验及程序运行结果.docx
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操作系统Linux实验及程序运行结果
实验一：
操作系统用户接口实验
1实验目的：
熟悉操作系统的命令接口、图形接口和程序接口
2实验内容：
1）使用linux常用命令:
pwd、ls、cd、mkdir、cp、date，显示这些命令的结果，并解释这些命令的作用；
2）用C语言编制一个小程序，使其可通过Localtime（）系统调用来获得OS提供的时间和日期。
//注释：
localtime（取得当地目前时间和日期）
v相关函数time,asctime,ctime,gmtime
v表头文件#include
v定义函数structtm*localtime（consttime_t*timep）;
v函数说明localtime（）将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回。
此函数返回的时间日期已经转换成当地时区。
v返回值返回结构tm代表目前的当地时间。
结构tm的定义为
structtm
{
inttm_sec;//代表目前秒数，正常范围为0-59，但允许至61秒
inttm_min;//代表目前分数，范围0-59
inttm_hour;//从午夜算起的时数，范围为0-23
inttm_mday;//目前月份的日数，范围01-31
inttm_mon;//代表目前月份，从一月算起，范围从0-11
inttm_year;//从1900年算起至今的年数
inttm_wday;//一星期的日数，从星期一算起，范围为0-6
inttm_yday;//从今年1月1日算起至今的天数，范围为0-365
inttm_isdst;//日光节约时间的旗标
};
程序如下：
#include
main（）{
char*wday[]={"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
time_ttimep;
structtm*p;
time（&timep）;/*取得当地时间*/
p=localtime（&timep）;/*转换时间*/
printf（"%d%d%d",（1900+p->tm_year）,（1+p->tm_mon）,
p->tm_mday）;
printf（"%s%d:
%d:
%d\n",wday[p->tm_wday],p->tm_hour,
p->tm_min,p->tm_sec）;
}
实验截图如下：
实验二进程的创建
一、实验目的
1、掌握进程的概念，明确进程的含义
2、认识并了解并发执行的实质
二、实验内容
1、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'a'，子进程分别显示字符'b'和字符'c'。
试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。
2、修改上述程序，每一个进程循环显示一句话。
子进程显示'daughter…'及'son……'，父进程显示'parent……'，观察结果，分析原因。
三、实验准备
（1）阅读LINUX的fork.c源码文件，分析进程的创建过程。
（2）阅读LINUX的sched.c源码文件，加深对进程管理概念的认识。
四、思考
（1）系统是怎样创建流程？
（2）可执行文件加载时进行了哪些处理？
（3）当首次调用新创建的进程时，其入口在哪里？
五、参考程序
1、
#include
main（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建子进程p1*/
if（p1==0）putchar（'b'）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建子进程p2*/
if（p2==0）putchar（'c'）;
elseputchar（'a'）;
}
}
2、
#include
main（）
{
intp1,p2,i;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建子进程p1*/
if（p1==0）
for（i=0;i<10;i++）
printf（"daughter%d\n",i）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建子进程p2*/
if（p2==0）
for（i=0;i<10;i++）
printf（"son%d\n",i）;
else
for（i=0;i<10;i++）
printf（"parent%d\n",i）;
}
}
完整程序进程1：
#include
main（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建子进程p1*/
if（p1==0）putchar（'b'）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建子进程p2*/
if（p2==0）putchar（'c'）;
elseputchar（'a'）;
}
}
截图如下：
进程2程序如下：
#include
main（）
{
intp1,p2,i;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建子进程p1*/
if（p1==0）
for（i=0;i<10;i++）
printf（"daughter%d\n",i）;
else
{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建子进程p2*/
if（p2==0）
for（i=0;i<10;i++）
printf（"son%d\n",i）;
else
for（i=0;i<10;i++）
printf（"parent%d\n",i）;
}
}
截图如下：
实验三进程间通信
实验目的：
Linux系统的进程通信机构（IPC）允许在任意进程间大批量的交换数据。
本实验的目的是了解和熟悉Linux支持的通信机制、共享存储区机制及信号量机制。
一、实验预备内容：
阅读Linux系统的msg.csem.cshm.c等源码文件，熟悉Linux的三种通信机制。
、
二、实验内容：
（1）消息的创建，发送和接收
（2）使用系统调用msgget（），msgsnd（），msgrev（）及msgctl（）编制一长度为1k的消息发送和接收程序。
<程序设计>
（1）为了便于操作和观察结果，用一个程序作为“引子”，先后fork（）两个子进程，SERVER和CLIENT，进行通信。
（2）SERVER端建立一个Key为75的消息队列，等待其他进程发来的消息。
当遇到类型为1的消息，则作为结束信号，取消该队列，并退出SERVER。
SERVER每接收到一个消息后显示一句“（server）received”。
（3）CLIENT端使用Key为75的消息队列，先后发送类型从10到1的消息，然后退出。
最后一个消息，即是SERVER端需要的结束信号。
CLIENT每发送一条信息后显示一句“（client）sent”。
（4）父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。
程序设计如下：
#include
#include
#include
#include
#defineMSGKEY75
structmsgform
{
longmtype;
charmtext[1030];
}msg;
intmsgqid,i;
voidCLIENT（）
{inti;
msgqid=msgget（MSGKEY,0777）;
for（i=10;i>=1;i--）
{
msg.mtype=i;
printf（"（client）sent\n"）;
msgsnd（msgqid,&msg,1024,0）;/*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msgid消息队列接收消息msg*/
printf（"（server）received\n"）;
}while（msg.mtype!
=1）;/*消息类型为1时，释放队列*/
msgctl（msgqid,IPC_RMID,0）;
exit（0）;
}
voidmain（）
{
while（（i=fork（））==-1）;
if（!
i）SERVER（）;
while（（i=fork（））==-1）;
if（!
i）CLIENT（）;
wait（0）;
wait（0）;
}
实验结果截图如下：
实验四存储管理
1实验目的：
通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
2实验内容：
1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令；
2）将指令序列变换为页面号；
3）计算FIFO算法在分配不同内存块下的命中率。
（假设分配的内存块从4块至32块。
）
<程序设计>
设计一个虚拟存储区和内存工作区，使用FIFO算法计算访问命中率。
首先用Srand（）和rand（）函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页面号，并针对FIFO算法计算相应的命中率。
命中率=1-缺页率
相关定义如下：
1.数据结构
（1）页面类型结构pl_type中
pn页号，pfn块号，counter为一个周期内访问页面次数，time为访问时间
（2）页面控制结构中
pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构
*freepf_head为空页面头的指针
*busypf_head为忙页面头的指针
*busypf_tail为忙页面尾的指针
2．函数定义
（1）voidinitialize（）：
初始化函数，给每个相关的页面赋值
（2）voidFIFO（）：
计算使用FIFO算法时的命中率
3.变量定义
（1）inta[total_instruction]：
指令流数组
（2）intpage[total_instruction]：
每条指令所属页号
（3）intoffset[total_instruction]：
每页装入10条指令后取模运算页号偏移值
（4）inttotal_pf：
用户进程的内存块数
（5）intdiseffect：
页面失效次数，即缺页次数
完整程序如下：
#include
#include
#include
#include
#defineTRUE1
#defineFALSE0
#defineINVALID-1
#defineNULL0
#definetotal_instruction320/*指令流长*/
#definetotal_vp32/*虚页长*/
#defineclear_period50/*清零周期*/
typedefstruct{/*页面结构*/
intpn,pfn,counter,time;
}pl_type;
pl_typepl[total_vp];/*页面结构数组*/
structpfc_struct{/*页面控制结构*/
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
};
typedefstructpfc_structpfc_type;
pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;
intdiseffect,a[total_instruction];
intpage[total_instruction],offset[total_instruction];
voidinitialize（）;
voidFIFO（）;
main（）
{
intS,i,j,temp;
srand（getpid（）*10）;/*由于每次运行时进程号不同，故可以用来作为初始化随即数队列的“种子”*/
S=（float）319*rand（）/RAND_MAX+1;
//printf（"s=%d\n",S）;
for（i=0;i{
a[i]=S;/*任选一指令访问点*/
a[i+1]=a[i]+1;/*顺序执行一条指令*/
//a[i+2]=（float）a[i]*rand（）/32767;
a[i+2]=（float）a[i]*rand（）/RAND_MAX;/*执行前地址指令m'*/
a[i+3]=a[i+2]+1;/*执行后地址指令*/
S=（float）rand（）*（318-a[i+2]）/RAND_MAX+a[i+2]+2;
}
for（i=0;i{
page[i]=a[i]/10;
offset[i]=a[i]%10;
}
for（i=4;i<=32;i++）/*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/
{
printf（"%2dpageframes",i）;
FIFO（i）;
printf（"\n"）;
}
}
voidFIFO（total_pf）/*FIFO算法*/
inttotal_pf;/*用户进程的内存页面数*/
{
inti,j;
pfc_type*p,*t;
initialize（total_pf）;/*初始化相关页面控制用数据结构*/
busypf_head=busypf_tail=NULL;/*忙页面队列头，队列尾链接*/
for（i=0;i{
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
{
diseffect+=1;/*失效次数*/
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页面*/
{
p=busypf_head->next;
pl[busypf_head->pn].pfn=INVALID;
freepf_head=busypf_head;/*释放忙页面队列中的第一个页面*/
freepf_head->next=NULL;
busypf_head=p;
}
p=freepf_head->next;/*按FIFO方式调新页面入内存页面*/
freepf_head->next=NULL;
freepf_head->pn=page[i];
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;
if（busypf_tail==NULL）
busypf_head=busypf_tail=freepf_head;
else
{
busypf_tail->next=freepf_head;
busypf_tail=freepf_head;
}
freepf_head=p;
}
}
printf（"FIFO:
%6.4f",1-（float）diseffect/320）;
}
voidinitialize（total_pf）/*初始化相关数据结构*/
inttotal_pf;/*用户进程的内存页面数*/
{
inti;
diseffect=0;
for（i=0;i{
pl[i].pn=i;pl[i].pfn=INVALID;/*置页面控制结构中的页号，页面为空*/
pl[i].counter=0;pl[i].time=-1;/*页面控制结构中的访问次数为0，时间为-1*/
}
for（i=1;i{
pfc[i-1].next=&pfc[i];pfc[i-1].pfn=i-1;/*建立pfc[i-1]和pfc[i]之间的链接*/
}
pfc[total_pf-1].next=NULL;pfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1;
freepf_head=&pfc[0];/*空页面队列的头指针为pfc[0]*/
}
试验截图如下：
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