操作系统课程设计报告.docx
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操作系统课程设计报告
计算机学院
课程设计报告
课程名称操作系统课程设计
实验学期2010至2011学年，第1学期
学生姓名
专业班级
学号
指导教师
开课系计算机科学系
操作系统课程组制
《操作系统》课程设计报告
实验题目：
UNIX系统管理实践与进程控制、进程通信实现
设计时间：
2010-12-27至
2011-01-02
一、实验目的与要求
1、掌握基本的同步与互斥算法。
2、学习使用UNIX中基本的同步对象，掌握相关函数的使用方法。
3、了解UNIX中多进程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。
4、查阅相关资料。
5、熟悉各种命令、系统调用与实用程序。
6、按给定功能设计相关程序。
7、撰写课程设计报告。
二、实验内容
桌上有一只盘子，盘子只能放5只水果，每次只能放一只水果或取出一只水果。
爸爸专放苹果，妈妈专放橘子，儿子专等吃盘子中的橘子，女儿专等吃盘子中的苹果。
分别用P，V操作实现他们的协作行为。
三、实验设备与环境：
VirtualBox
四、设计正文（包括分析与设计思路、各模块流程图以及带注释的主要算法源码）
分析与设计思路：
首先确定设计四个信号量，分别为盘子（semid_plate），女儿（semid_daugter），儿子（semid_son）以及一个互斥信号量（semid_mutex）；四个进程，分别为母亲（mother），父亲（father），女儿（daugter）以及儿子（son）.父母亲相当于生产者，当盘子（容量为五）中不满时，即可放苹果或者橘子（每次只能进行一个进程，由互斥信号量控制），否则挂起等待，直到盘子中不满时；女儿和儿子相当于消费者，当女儿要吃苹果时，首先判断盘子中是否有苹果，若有，则消费，否则挂起等待，直到盘中有苹果时，儿子亦然，先判断盘子中是否有橘子，若有，则消费，否则挂起等待，直到盘中有橘子时。
程序主要分为五个部分：
control，father，mother，daugter以及son。
Control功能是：
当缓冲区已经存在时，可以根据用户要求，对其删除或者保留，以及对信号量的初始化；father的功能：
将苹果放入缓冲区，并将缓冲区可放水果个数（semid_plate）减一，同时唤醒女儿，告诉她，有苹果可吃；mother功能：
将橘子放入缓冲区，并将缓冲区可放水果个数（semid_plate）减一，同时唤醒儿子，告诉他，有橘子可吃；daugter功能：
吃盘中的一个苹果之后，将其对应信号量减一（semid_daugter），吃完之后，盘中可放的水果数加一，表明可再放一个水果；son功能：
吃盘中的一个橘子之后，将其对应信号量减一（semid_son），吃完之后，盘中可放的水果数加一，表明可再放一个水果。
（流程图见各模块中）
模块一：
Control
流程图
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_SON9085
#defineSEMKEY_DAUGTER9086
#defineSEMKEY_PLATE9087
#defineSEMKEY_MUTEX9088/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN5/*缓冲区可以存放5个水果*/
#definePRODUCT_LEN32/*每种水果是一个字符串:
<=32字符*/
voidset_sembuf_struct（structsembuf*sem,intsemnum,intsemop,intsemflg）
{
/*设置信号量结构*/
sem->sem_num=semnum;
sem->sem_op=semop;
sem->sem_flg=semflg;
}
main（）
{
char*addr,end;
intshmid;
intsemid_plate,semid_son,semid_daugter,semid_mutex;/*信号量id*/
structsembufsem_tmp;
/*开辟共享存储区*/
if（（shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
{
printf（"TheBufferHasExisted!
\n"）;
printf（"DoYouWantToDeleteTheBuffer（Y=yes）?
\n====:
"）;
scanf（"%c",&end）;
if（end=='y'||end=='Y'）
{
/*共享存储区、信号量并不随程序的结束而被删除,如果我们没删除的话，
可以用ipcs命令查看,用ipcrm删除
*/
/*释放缓冲区*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777）;
if（shmctl（shmid,IPC_RMID,0）<0）
perror（"shmctl:
"）;
/*同时释放信号量*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;
semid_plate=semget（SEMKEY_PLATE,1,0777）;
semid_son=semget（SEMKEY_SON,1,0777）;
semid_daugter=semget（SEMKEY_DAUGTER,1,0777）;
semctl（semid_mutex,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_plate,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_son,0,IPC_RMID）;
semctl（semid_daugter,0,IPC_RMID）;
}
}
else
printf（"FailToCreateBuffer!
\n"）;
return-1;
}
addr=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*连接缓冲区*/
memset（addr,0,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2）;
shmdt（addr）;/*离开缓冲区*/
/*创建4个信号量:
1个用于对缓冲区互斥,3个用于生产者、消费者同步*/
if（（semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_MUTEXHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEMKEY_MUTEX!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_plate=semget（SEMKEY_PLATE,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEMKEY_PLATEHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEMKEY_PLATE!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_son=semget（SEMKEY_SON,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEM_SONHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEM_SON!
\n"）;
return-1;
}
if（（semid_daugter=semget（SEMKEY_DAUGTER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）
{
if（errno==EEXIST）
printf（"TheSEM_DAUGTERHasExisted!
\n"）;
else
printf（"FailToCreateSEM_DAUGTER!
\n"）;
return-1;
}
/*给信号量赋初值*/
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,BUFF_LEN,0）;/*BUFF_LEN*/
semop（semid_plate,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/
semop（semid_son,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/
semop（semid_daugter,&sem_tmp,1）;
set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,1,0）;/*1*/
semop（semid_mutex,&sem_tmp,1）;
return0;
}
模块二：
father
流程图：
/*生产者:
father.c*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_SON9085
#defineSEMKEY_DAUGTER9086
#defineSEMKEY_PLATE9087
#defineSEMKEY_MUTEX9088/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN5/*缓冲区可以存放5个水果*/
#definePRODUCT_LEN32/*每种水果是一个字符串:
<=32字符*/
/*下面的P,V是对系统调用的简单封装*/
intP（intsemid）
{
structsembufp_buf;
p_buf.sem_num=0;
p_buf.sem_op=-1;
p_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&p_buf,1）==-1）/*semop参见课件ppt*/
{
perror（"p（semid）falsed"）;
exit
（1）;
}
else
return（0）;
}
intV（intsemid）
{
structsembufv_buf;/*structsembuf参见课件ppt*/
v_buf.sem_num=0;
v_buf.sem_op=1;
v_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&v_buf,1）==-1）
{
perror（"v（semid）failed"）;
exit
（1）;
}
else
return（0）;
}
main（）
{
char*p_buffer;/*共享存储区地址*/
unsignedcharin;/*生产者存放产品的指针:
它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/
charproduct[128]="apple";/*事实只使用32B,128为了避免屏幕输入超过32*/
intshmid;/*共享存储区id*/
intsemid_plate,semid_son,semid_daugter,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
p_buffer=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*取共享存储区地址*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_plate=semget（SEMKEY_PLATE,1,0777）;
semid_son=semget（SEMKEY_SON,1,0777）;
semid_daugter=semget（SEMKEY_DAUGTER,1,0777）;
/*进入临界区*/
P（semid_plate）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;/*对公有信号量作P操作*//*二者顺序不能换*/
printf（"Fatherputanapple\n"）;
in=（unsignedchar）（*p_buffer）;
strncpy（p_buffer+2+in*PRODUCT_LEN,product,PRODUCT_LEN）;
in=（in+1）%BUFF_LEN;
*p_buffer=（char）in;
shmdt（p_buffer）;/*离开缓冲区*/
/*离开临界区*/
V（semid_daugter）;
V（semid_mutex）;
}
模块三：
mother
流程图：
/*生产者:
mother.c*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_SON9085
#defineSEMKEY_DAUGTER9086
#defineSEMKEY_PLATE9087
#defineSEMKEY_MUTEX9088/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN5/*缓冲区可以存放5个水果*/
#definePRODUCT_LEN32/*每种水果是一个字符串:
<=32字符*/
/*下面的P,V是对系统调用的简单封装*/
intP（intsemid）
{
structsembufp_buf;
p_buf.sem_num=0;
p_buf.sem_op=-1;
p_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&p_buf,1）==-1）/*semop参见课件ppt*/
{
perror（"p（semid）falsed"）;
exit
（1）;
}
else
return（0）;
}
intV（intsemid）
{
structsembufv_buf;/*structsembuf参见课件ppt*/
v_buf.sem_num=0;
v_buf.sem_op=1;
v_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&v_buf,1）==-1）
{
perror（"v（semid）failed"）;
exit
（1）;
}
else
return（0）;
}
main（）
{
char*p_buffer;/*共享存储区地址*/
unsignedcharin;/*生产者存放产品的指针:
它的值存放在全局缓冲区第一个字节*/
charproduct[128]="orange";/*事实只使用32B,128为了避免屏幕输入超过32*/
intshmid;/*共享存储区id*/
intsemid_plate,semid_son,semid_daugter,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
p_buffer=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*取共享存储区地址*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_plate=semget（SEMKEY_PLATE,1,0777）;
semid_son=semget（SEMKEY_SON,1,0777）;
semid_daugter=semget（SEMKEY_DAUGTER,1,0777）;
/*进入临界区*/
P（semid_plate）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;/*对公有信号量作P操作*//*二者顺序不能换*/
printf（"Motherputanorange\n"）;
in=（unsignedchar）（*p_buffer）;
strncpy（p_buffer+2+in*PRODUCT_LEN,product,PRODUCT_LEN）;
in=（in+1）%BUFF_LEN;
*p_buffer=（char）in;
shmdt（p_buffer）;/*离开缓冲区*/
/*离开临界区*/
V（semid_son）;
V（semid_mutex）;
}
模块四：
daugter
流程图：
/*消费者:
daugter.c*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/
#defineSEMKEY_SON9085
#defineSEMKEY_DAUGTER9086
#defineSEMKEY_PLATE9087
#defineSEMKEY_MUTEX9088/*信号量数组的键*//*注意:
上面的键在系统中必须唯一*/
#defineBUFF_LEN5/*缓冲区可以存放5个水果*/
#definePRODUCT_LEN32/*每种水果是一个字符串:
<=32字符*/
/*下面的P,V是对系统调用的简单封装*/
intP（intsemid）
{
structsembufp_buf;/*structsembuf参见课件ppt*/
p_buf.sem_num=0;
p_buf.sem_op=-1;
p_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&p_buf,1）==-1）/*semop参见课件ppt*/
{
perror（"p（semid）falsed"）;
exit
（1）;
}
else
return（0）;
}
intV（intsemid）
{
structsembufv_buf;
v_buf.sem_num=0;
v_buf.sem_op=1;
v_buf.sem_flg=0;
if（semop（semid,&v_buf,1）==-1）
{
perror（"v（semid）failed"）;
exit
（1）;
}
else
return（0）;
}
main（）
{
char*p_buffer;/*共享存储区地址*/
unsignedcharout;/*消费者取出产品的指针:
它的值存放在全局缓冲区第二个字节*/
charproduct[33];/*它的数据从缓冲区中取*/
intshmid;/*共享存储区id*/
intsemid_plate,semid_son,semid_daugter,semid_mutex;/*信号量集合id*/
shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777）;/*连接共享存储区:
2存放in,out的值*/
p_buffer=（char*）shmat（shmid,0,0）;/*取共享存储区地址*/
semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/
semid_plate=semget（SEMKEY_PLATE,1,0777）;
semid_son=semget（SEMKEY_SON,1,0777）;
semid_daugter=semget（SEMKEY_DAUGTER,1,0777）;
/*进入临界区*/
P（semid_daugter）;/*对私有信号量作P操作*/
P（semid_mutex）;/*对公有信号量作P操作*//*二者顺序不能换*/
out=（unsignedchar）（*p_buffer）;
strcpy（product,p_buffer+1+out*PRODUCT_LEN）;
out=（out+1）%BUFF_LEN;
*p_buffer=（char）out;
p_buffer--;
shmdt（p_buffer）;/*离开缓冲区*/
/*离开临界区*/
V（semid_plate）;
V（semid_mutex）;
/*吃掉水果:
在屏幕上输出*/
printf（"Daugtereatsanapple\n"）;
}
模块五：
son
流程图：
/*消费者:
son.c*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#d
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