编辑模拟多进程共享临界资源.docx
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编辑模拟多进程共享临界资源
课程设计
课程设计名称：
操作系统原理
专业班级：
软件1301
学生姓名：
理金龙
学号：
201316920126
指导教师：
刘於勋
课程设计时间：
2015年7月6-11日
软件工程专业课程设计任务书
学生姓名
理金龙
专业班级
软件1301
学号
201316920126
题目
编程模拟多进程共享临界资源
课题性质
其它
课题来源
自拟课题
指导教师
刘於勋
同组姓名
主要内容
要求产生3个进程：
1、两个进程模拟需要进入临界区的用户进程，当需要进入临界区时，显示：
“进程x请求进入临界区…”，同时向管理进程提出申请；申请返回，表示进入了临界区。
在临界区中等待一段随机时间，并显示：
“进程x正在临界区…”；当时间结束，显示：
“进程x退出临界区…”,同时向管理进程提出退出申请；当申请返回，显示：
“进程x已退出临界区。
”
2、一个进程作为原语的管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：
如果允许进入，则设置相应变量，然后返回；如果不允许进入，则进入循环等待，直到允许为止；
3、对临界区的访问应遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。
4、进程间通信可以采用信号、消息传递、管道或网络通信方式。
任务要求
理解多进程共享临界资源的原理，并编程实现
参考文献
任满杰等《操作系统原理实用教程》电子工业出版社2006
汤子瀛《计算机操作系统》（修订版）西安电子科技大学出版社2001
张尧学史美林《计算机操作系统教程》实验指导清华大学出版社2000
罗宇等《操作系统课程设计》机械工业出版社2005
审查意见
指导教师签字：
教研室主任签字：
2015年7月6日
说明：
本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页
信息科学与工程学院课程设计成绩评价表
课程名称：
操作系统原理
设计题目：
编程模拟多进程共享临界资源
专业：
软件工程班级：
软件1301姓名：
理金龙学号：
201316920126
序号
评审项目
分数
满分标准说明
1
内容
思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确；设计方法科学，分析归纳合理；结论严谨，设计有应用价值。
任务饱满，工作量适中
2
创新
内容新颖，设计能反映新技术，对前人工作有改进或突破，或有独特见解
3
完整性、实用性
整体构思后合理，理论依据充分，设计完整，实用性强
4
数据准确、可靠
数据准确，算法设计合理
5
规范性
设计格式、绘图、实验数据、标准的运用等符合有关标准和规定
6
纪律性
遵守课程设计纪律，听从指导教师安排，设计过程态度认真
7
答辩
准备充分，思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入，问题回答有理有据，简明正确
总分
综
合
意
见
指导教师2015年7月12日
1需求分析
1、要求产生至少3个进程：
2、两个进程模拟需要进入临界区的用户进程，当需要进入临界区时，显示：
“进程x请求进入临界区…”，同时向管理进程提出申请；在临界区中等待一段随机时间，并显示：
“进程x正在临界区…”；当时间结束，显示：
“进程x退出临界区…”,同时向管理进程提出退出申请。
3、一个进程作为原语级管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：
如果允许进入，则设置相应变量，然后返回；如果不允许进入，则进入循环等待，直到允许为止；
4、对临界区的访问应遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。
5、进程间通信可以采用信号、消息传递、管道或网络通信方式。
2概要设计
2.1其中包含两个重要的数据结构：
2.11临界区：
Structcrform
{
Intsem;//临界区的信号量值sem
Inthead;//临界区等待队列的头，指向的是最先到的进程
Inttail;//临界区等待队列的尾，指向的是进入等待队列的进程
Intduilie[20];//存放的是等待的进程的信息，以便唤醒
待
}cr;
Cr.sem=1;//初始临界区信号量必须为一，因为只允许一个进程进入临界区
Cr.head=0;//初始时指向等待队列的第一个单元
Cr.tail=0;
2.12消息队列：
Structmsgform
{
Longmsgtype;//消息的类型，在取消息队列时用于区分哪些是该取的信息
Intmtext;//信息的内容，在这里是申请|退出进程的信息
};
2.2进程创建和控制：
fork（）系统调用：
关键的语句：
intx,y;
while（（x=fork（））==-1）;//创建子进程1
if（x==0）
{
//子进程1执行程序段
}
else
{
while（（y=fork（））==-1）;
if（y==0）
{
//子进程2执行程序段
}
else
{
//父进程执行程序段
}
}
2.3设计流程图：
图1用户进程流程图
图管理进程
图3申请进入临界区处理子进程
图4申请退出处理子程序
3运行环境
3.1linux操作系统
3.2Gcc编译器
4开发工具和编程语言
4.1开发工具：
Gcc编译器
4.2编程语言：
C语言
5详细设计
子函数一：
voidinto（）//申请进入临界区
{
structmsgformmsg;
key_thh=ftok（"OSP.c",1）;
intmsgqid=msgget（hh,0666|IPC_CREAT）;
cr.sem--;//一旦申请进入临界区就得减1
msgrcv（msgqid,&msg,4,1,0）;//接收消息--申请进入进程发送的类型为1
msg.msgtype=（long）msg.mtext;//并把接收到的消息内容作为回馈消息的消息类型
if（cr.sem>=0）//判断此时进程的状态，sem>=0可以获得临界区
{
if（msg.mtext==3）
printf（"进程1：
进入临界区\n"）;
else
printf（"进程2：
进入临界区\n"）;
msg.mtext=1;//现在允许进入，发送内容为1的消息给申请进程
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
}
Else//到等待队列
{
if（msg.mtext==3）
printf（"进程1：
进入等待队列\n"）;
else
printf（"进程2：
进入等待队列\n"）;
cr.duilie[cr.tail]=msg.mtext;
cr.tail++;
if（cr.tail==20）
cr.tail=0;
msg.mtext=-1;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;//若临界区忙，发送进入等待队列的消息给申请进入的进程
}
子函数二：
voidout（）//申请退出临界区
{
structmsgformmsg;
key_thh=ftok（"OSP.c",1）;
intmsgqid=msgget（hh,0666|IPC_CREAT）;
msgrcv（msgqid,&msg,4,2,0）;//从消息队列上取下申请退出的消息
cr.sem++;
if（cr.tail!
=cr.head）//查看等待队列中是否有等待进入临界区的队列
{
//有则唤醒等待队列中等待的进程，并允许申请退出的进程退出
if（msg.mtext==3）
printf（"进程1：
退出临界区\n"）;
else
printf（"进程2：
退出临界区\n"）;
msg.msgtype=msg.mtext;
msg.mtext=0;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
intpid2=cr.duilie[cr.head];
cr.head++;
if（cr.head==20）
cr.head=0;
msg.mtext=1;
msg.msgtype=pid2;
if（pid2==3）
printf（"进程1：
进入临界区\n"）;
else
printf（"进程2：
进入临界区\n"）;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
}
else//如果等待队列上没有等待进入临界区的进程，直接向申请退出的进程发送消息，允许退出
{
if（msg.mtext==3）
printf（"进程1：
退出临界区\n"）;
else
printf（"进程2：
退出临界区\n"）;
msg.msgtype=msg.mtext;
msg.mtext=0;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
}
}
6调试分析
在作这个课题过程中遇到了主要的这样几个问题：
◆消息队列不能正常使用
错误原因1：
消息队列没有建立成功
解决办法：
在用消息队列之初先删除这个队列，然后再建立使用
错误原因2：
取到的结果总出现错误，没有统一的消息类型
解决办法：
定制统一的消息类型规则，依照规则使用消息类型
错误原因3：
进程需要的消息已经被取走，使得进程停留在取消息这一步不向下执行
解决办法：
是程序逻辑上的问题，仔细查看程序流程并操控好使得可以处于正常逻辑
◆申请到临界区退出临界区显示滞后（如有时会显示“进程一获得临界区”然后“进程二退出临界区”）
错误原因:
在管理进程中已经将临界区状态修改为空闲，却没有显示哪个进程退出临界区，这个退出的信息必须等到子进程上cpu时才会显示出来，而这中间有别的进程上cpu执行申请的操作，就会获得临界区，就会显示“进程获得临界区”，在此后退出临界区的进程才上cpu显示“退出临界区”。
解决办法：
将显示放到管理进程中，一旦有进程获得临界区或者退出临界区就做出显示。
7测试结果
测试数据：
1，0；1，2
测试截图：
图5开始界面
图6主程序运行界面
图7输入1，暂停运行
图8输入0，程序继续运行
图9输入2，程序退出运行
参考文献
[1]任满杰等《操作系统原理实用教程》电子工业出版社2006
[2]汤子瀛《计算机操作系统》（修订版）西安电子科技大学出版社2001
[3]张尧学史美林《计算机操作系统教程》实验指导清华大学出版社2000
[4]罗宇等《操作系统课程设计》机械工业出版社2005
[5]赛奎春、张雨编著，《VisualC++工程应用与项目实践》，海洋出版社，2005.1
心得体会
这次操作系统课设给了我很大的启发和提高。
一直以来自己我的编程基础不太好，常出现逻辑混乱，不注重细节问题，在这门课中我有了更深的理解；科学是不允许错误的，需要认真严谨的态度。
也正是因为如此我才有了进步。
理论联系实际，总会有更深刻的收获，通过这样的实际思考，动手修改操作，对理论有了深层次的理解，更加证实了理论，打消了心中不切实际的一些想法。
慢慢的会形成自己的一个实际经验，为日后的工作学习打下心里和知识上的基础。
小学期的课程真是紧张而又充实，确实是收获很多，心中也增加了几分自信，对未来的工作有更大的信息。
程序源代码（工程）
第一部分：
OSP.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"ran.h"
#defineMSGKEY898989
structcrform
{
intsem;
inthead;
inttail;
intduilie[20];
}cr;
structmsgform
{
longmsgtype;
intmtext;
};
voidinto（）;
voidout（）;
intmain（void）{
puts（"***********************提示信息***********************\n"）;
puts（"在程序运行过程中：
\n"）;
puts（"-------输入0继续运行程序\n"）;
puts（"-------输入1暂停运行程序\n"）;
puts（"-------输入2退出程序\n"）;
puts（"*****************************************************\n"）;
intppid=getpid（）;
cr.sem=1;
cr.head=0;
cr.tail=0;
structShMe{
intnum;
intflags;
intp1;
intp2;
};
intshmid=shmget（IPC_PRIVATE,1024,0666|IPC_CREAT）;
if（shmid==-1）{
printf（"共享内存区创建错误-----\n"）;
exit（0）;
}
pid_tid=fork（）;
if（id<0）{
printf（"新进程创建错误！
！
2秒后自动退出。
。
。
。
。
\n"）;
sleep
（2）;
exit（0）;
}elseif（id==0）{
pid_tid2=fork（）;
if（id2<0）{
printf（"新进程创建错误！
！
2秒后自动退出。
。
。
。
。
\n"）;
sleep
（2）;
exit（0）;
}elseif（id2==0）{
structmsgformmsg;
key_thh=ftok（"OSP.c",1）;
intmsgqid=msgget（hh,0666|IPC_CREAT）;
structShMe*addr;
addr=（structShMe*）shmat（shmid,0,0）;
if（addr==（structShMe*）-1）
printf（"映射内存错误1------\n"）;
intflags=0;
flags=addr->flags;
（*addr）.p1=getpid（）;
while（flags==1||flags==0）{
if（flags==0）{
intq=10;
msg.mtext=3;
msg.msgtype=1;
printf（"进程1:
申请进入临界区\n"）;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
kill（ppid,10）;
while（q>0）
{
msgrcv（msgqid,&msg,sizeof（int）,3,0）;
intm=msg.mtext;
if（m==1）
{
printf（"进程1:
进入共享内存区\n"）;
intny=addr->num;
intdg=rannum（）;
intuh=0;
for（uh=0;uhny++;
}
ny=ny%（99999-10000+1）+10000;
（*addr）.num=ny;
msg.msgtype=2;
msg.mtext=3;
printf（"进程1:
申请退出临界区\n"）;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
kill（ppid,12）;
continue;
}
else
{
if（m==-1）
{
q--;
}
else
{
if（m==0）
{
intbb=rannum（）%5;
sleep（bb）;
flags=addr->flags;
break;
}
}
}
}
}else{
intbb=rannum（）%5;
sleep（bb）;
flags=addr->flags;
}
}
}else{
structmsgformmsg;
key_thh=ftok（"OSP.c",1）;
intmsgqid=msgget（hh,0666|IPC_CREAT）;
structShMe*addr;
addr=（structShMe*）shmat（shmid,0,0）;
if（addr==（structShMe*）-1）
printf（"映射内存错误1------\n"）;
intflags=0;
flags=addr->flags;
（*addr）.p2=getpid（）;
while（flags==1||flags==0）{
if（flags==0）{
intq=10;
msg.mtext=4;
msg.msgtype=1;
printf（"进程2:
申请进入临界区\n"）;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
kill（ppid,10）;
while（q>0）
{
msgrcv（msgqid,&msg,sizeof（int）,4,0）;
intm=msg.mtext;
if（m==1）
{
printf（"进程2:
进入临界区\n"）;
intny=addr->num;
intdg=rannum（）;
intuh=0;
for（uh=0;uhny++;
}
ny=ny%（99999-10000+1）+10000;
（*addr）.num=ny;
msg.msgtype=2;
msg.mtext=4;
printf（"进程2:
申请退出临界区\n"）;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
kill（ppid,12）;
continue;
}
else
{
if（m==-1）
{
q--;
}
else
{
if（m==0）
{
intbb=rannum（）%5;
sleep（bb）;
flags=addr->flags;
break;
}
}
}
}
}else{
intbb=rannum（）%5;
sleep（bb）;
flags=addr->flags;
}
}
}
}else{
key_thh=ftok（"OSP.c",1）;
intmsgqid=msgget（hh,0666|IPC_CREAT）;
structShMe*addr;
addr=（structShMe*）shmat（shmid,0,0）;
if（addr==（structShMe*）-1）
printf（"映射内存错误3------\n"）;
（*addr）.num=999;
（*addr）.flags=0;
intflags=0;
signal（10,into）;
signal（12,out）;
scanf（"%d",&flags）;
while（flags==0||flags==1）{
（*addr）.flags=flags;
scanf（"%d",&flags）;
}
if（flags==2）{
（*addr）.flags=flags;
}
wait（addr->p1）;
wait（addr->p2）;
if（shmdt（addr）==-1）
printf（"共享内存与控制进程断开错误........\n"）;
if（shmctl（shmid,IPC_RMID,NULL）==-1）
printf（"shmctldeleteerror\n"）;
msgctl（msgqid,IPC_RMID,0）;
printf（"************》》》程序退出\n"）;
}
returnEXIT_SUCCESS;
}
voidinto（）
{
structmsgformmsg;
key_thh=ftok（"OSP.c",1）;
intmsgqid=msgget（hh,0666|IPC_CREAT）;
cr.sem--;
msgrcv（msgqid,&msg,4,1,0）;
msg.msgtype=（long）msg.mtext;
if（cr.sem>=0）
{
if（msg.mtext==3）
printf（"进程1:
进入临界区\n"）;
else
printf（"进程2:
进入临界区\n"）;
msg.mtext=1;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
}
else
{
if（msg.mtext==3）
printf（"进程1:
进入等待队列\n"）;
else
printf（"进程2:
进入等待队列\n"）;
cr.duilie[cr.tail]=msg.mtext;
cr.tail++;
if（cr.tail==20）
cr.tail=0;
msg.mtext=-1;
msgsnd（msgqid,&msg,sizeof（int）,0）;
}
}
voidout（）
{
structmsgformmsg;
key_thh=ftok（"OSP.c",1）;
intmsgqid=msgget（hh,0666|IPC_CREAT）;
msgrcv（msgqid,&msg,4,2,0）;
cr.sem++;
if（cr.tail!
=cr.head）
{
if（msg.mtext==3）
printf（"进程1:
退出临界区\n"）;
else
printf（"进程2:
退出临界区\n"）;
msg.msgtype=msg.mtext;
msg.mtext=0;
msgsnd（msgqi
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