操作系统-实验三-进程管理-实验报告
时间:2020-11-27 13:14:16 来源:勤学考试网 本文已影响 人
计算机与信息工程学院实验报告
姓名
学号
专业
软件工程
年级
2017级
课程
操作系统
主讲教师
党兰学
实验时间(年月日时)
2019年10月23日
实验地点
计算机学院201机房
辅导教师
党兰学
实验题目
进程管理
实验目的
加深对进程概念的理解,明确进程和程序的区别;
进一步认识并发执行的实质;
了解父进程和子进程之间的关系;
查看进程管理命令。
实验环境(硬件和软件)
硬件:PC机 软件:Oracle VM Virtualbox Linux
一、实验内容
1.练习在shell环境下编译执行程序
(注意: ①在vi编辑器中编写名为sample.c的c语言源程序
②用linux自带的编译器gcc编译程序,例如:gcc –o test sample.c
③编译后生成名为test.out的可执行文件;
④最后执行分析结果;命令为:./test)
注意:linux自带的编译程序gcc的语法是:gcc –o 目标程序名 源程序名,例如:gcc –o sample1 sample1.c,然后利用命令:./sample 来执行。如果仅用“gcc 源程序名”,将会把任何名字的源程序都编译成名为a.out的目标程序,这样新编译的程序会覆盖原来的程序,所以最好给每个源程序都起个新目标程序名。
2.进程的创建
仿照例子自己编写一段程序,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“c”。观察记录屏幕上的显示结果,并分析原因。
3.分析程序
实验内容要在给出的例子程序基础上,根据要求进行修改,对执行结果进行分析。二、实验步骤
1. 利用fork()创建一个小程序
编写程序
#include <sys/types.h>
main ()
{
int i=5;
pid_t pid;
pid=fork();
for(;i>0;i--)
{
if (pid < 0)
printf("error in fork!");
else if (pid == 0)
printf("i am the child process, my process id is %d and i=%d\n",getpid(),i);
else
printf("i am the parent process, my process id is %d and i=%d\n",getpid(),i);
}
for(i=5;i>0;i--)
{
if (pid < 0)
printf("error in fork!");
else if (pid == 0)
printf("the child process, my process id is %d and i=%d\n",getpid(),i);
else
printf("the parent process, my process id is %d and i=%d\n",getpid(),i);
}
}
运行程序
(3)分析程序
在这里,主程序先运行,在屏幕上输出一个a,之后两个子程序分别运行而输出c和b。
2 子进程对存取空间的复制
编写程序
(2)运行程序
分析程序
通过scanf(“%d”,&i);语句读取一个整数存在i,之后创建两个子程序,输入10后,子程序运行,之后经过一些读取赋值操作,输出i的值。
3 父子进程执行进程分析
编写程序
运行程序
程序分析
三次结果不同是因为printf(“In which process?\n”);所处位置经过变换,处于父子程序之后,父子程序之前和父程序之中。
4 修改程序验证父子进程关系
编写程序
文本代码:
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdlib.h>
#define MY_SHMKEY // need to change
#define MY_SEMKEY // need to change
void sigend(int);
int shmid, semid;
int main(void)
{
int *shmptr, semval, local;
struct sembuf semopbuf;
if((shmid=shmget(MY_SHMKEY, sizeof(int), IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666)) < 0)
{ /* shared memory exists, act as client */
shmid=shmget(MY_SHMKEY, sizeof(int), 0666);
semid=semget(MY_SEMKEY, 2, 0666);
shmptr=(int *)shmat(shmid, 0, 0);
printf("Act as producer. To end, input 0 when prompted.\n\n");
printf("Input a number:\n");
scanf("%d", &local);
while( local )
{
semopbuf.sem_num=0;
semopbuf.sem_op=-1;
semopbuf.sem_flg=SEM_UNDO;
semop(semid, &semopbuf, 1); /* P(S1) */
*shmptr = local;
semopbuf.sem_num=1;
semopbuf.sem_op=1;
semopbuf.sem_flg=SEM_UNDO;
semop(semid, &semopbuf, 1); /* V(S2) */
printf("Input a number:\n");
scanf("%d", &local);
}
}
else /* acts as server */
{
semid=semget(MY_SEMKEY, 2, IPC_CREAT|0666);
shmptr=(int *)shmat(shmid, 0, 0);
semval=1;
semctl(semid, 0, SETVAL, semval); /* set S1=1 */
semval=0;
semctl(semid, 1, SETVAL, semval); /* set S2=0 */
signal(SIGINT, sigend);
signal(SIGTERM, sigend);
printf("ACT CONSUMER!!! To end, try Ctrl+C or use kill.\n\n");
while(1)
{
semopbuf.sem_num=1;
semopbuf.sem_op=-1;
semopbuf.sem_flg=SEM_UNDO;
semop(semid, &semopbuf, 1); /* P(S2) */
printf("Shared memory set to %d\n", *shmptr);
semopbuf.sem_num=0;
semopbuf.sem_op=1;
semopbuf.sem_flg=SEM_UNDO;
semop(semid, &semopbuf, 1); /* V(S1) */
}
}
}
void sigend(int sig)
{
shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
semctl(semid, IPC_RMID, 0);
exit(0);
}
运行程序
分析程序
本示例主要体现进程间的直接制约关系,由于使用共享存储区,也存在间接制约关系。进程分为服务进程和客户进程,服务进程只有一个,作为消费者,在每次客户进程改变共享存储区内容时显示其数值。各客户进程作为生产者,如果共享存储区内容已经显示(被消费),可以接收用户从键盘输入的整数,放在共享存储区。
编译后执行,第一个进程实例将作为服务进程,提示:
ACT CONSUMER!!! To end, try Ctrl+C or use kill.
服务进程一直循环执行,直到用户按Ctrl+C终止执行,或使用kill命令杀死服务进程。
其他进程实例作为客户进程,提示:
Act as producer. To end, input 0 when prompted.
客户进程一直循环执行,直到用户输入0。
5 模拟临界资源访问的示例程序
编写程序
文本代码:
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdlib.h>
#define MY_SHMKEY // need to change
#define MAX_BLOCK 1024
#define MAX_CMD 8
struct shmbuf {
int top;
int stack[MAX_BLOCK];
} *shmptr, local;
char cmdbuf[MAX_CMD];
int shmid, semid;
void sigend(int);
void relblock(void);
int getblock(void);
void showhelp(void);
void showlist(void);
void getcmdline(void);
int main(void)
{
if((shmid=shmget(MY_SHMKEY, sizeof(struct shmbuf), IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666)) < 0)
{ /* shared memory exists, act as client */
shmid=shmget(MY_SHMKEY, sizeof(struct shmbuf), 0666);
shmptr=(struct shmbuf *)shmat(shmid, 0, 0);
local.top=-1;
showhelp();
getcmdline();
while(strcmp(cmdbuf,"end\n"))
{
if(!strcmp(cmdbuf,"get\n"))
getblock();
else if(!strcmp(cmdbuf,"rel\n"))
relblock();
else if(!strcmp(cmdbuf,"list\n"))
showlist();
else if(!strcmp(cmdbuf,"help\n"))
showhelp();
getcmdline();
}
}
else /* acts as server */
{
int i;
shmptr=(struct shmbuf *)shmat(shmid, 0, 0);
signal(SIGINT, sigend);
signal(SIGTERM, sigend);
printf("NO OTHER OPERATION but press Ctrl+C or use kill to end.\n");
shmptr->top=MAX_BLOCK-1;
for(i=0; i<MAX_BLOCK; i++)
shmptr->stack[i]=MAX_BLOCK-i;
sleep(1000000); /* cause sleep forever. */
}
}
void sigend(int sig)
{
shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
semctl(semid, IPC_RMID, 0);
exit(0);
}
void relblock(void)
{
if(local.top<0)
{
printf("No block to release!");
return;
}
shmptr->top++;
shmptr->stack[shmptr->top]=local.stack[local.top--];
}
int getblock(void)
{
if(shmptr->top<0)
{
printf("No free block to get!");
return;
}
local.stack[++local.top]=shmptr->stack[shmptr->top];
shmptr->top--;
}
void showhelp(void)
{
printf("\navailable COMMAND:\n\n");
printf("help\tlist this help\n");
printf("list\tlist all gotten block number\n");
printf("get\tget a new block\n");
printf("rel\trelease the last gotten block\n");
printf("end\texit this program\n");
}
void showlist(void)
{
int i;
printf("List all gotten block number:\n");
for(i=0; i<=local.top; i++)
printf("%d\t", local.stack[i]);
}
void getcmdline(void)
{
printf("\n?> ");
fgets(cmdbuf, MAX_CMD-1, stdin);
}
运行程序
程序分析
本示例的临界资源是一个建立在共享存储区的栈,由服务进程建立并初始化。初始状态下共享栈满,里面顺序放置一系列正整数(自栈顶向下:1,2,3...),代表空闲块号。客户进程利用共享栈进行数据块的分配和释放,以得到、归还一个块号代表,并不进行任何后续操作。程序中getblock过程从共享栈中弹出一个块号(分配),relblock过程把一个已分配块号压入共享栈(释放)。为简单起见,已分配块号在本地也使用栈结构保存,因而每次释放的是最后分配的块号。
编译后执行,第一个进程实例将作为服务进程,提示:
NO OTHER OPERATION but press Ctrl+C or use kill to end.
服务进程完成初始化后将进入睡眠状态,直到用户按Ctrl+C终止执行,或使用kill命令杀死服务进程。
其他进程实例作为客户进程,进入后首先有命令帮助提示,然后显示命令提示符“?> ”,在命令提示下可以使用的命令包括:
help 显示可用命令
list 列出所有已分配块号
get 分配一个新块
rel 释放最后分配块号
end 退出程序
三、实验数据记录
1.
2.
3.
4.
5.
四、问题讨论
(1)在程序运行过程中出现一个错误,错误语句:exit(0);
原因:少了一个头文件:#include <stdlib.h>
(2)心得体会:通过本次实验我了解了fork()函数等关于进程应用的函数并且学会了父子进程的各种基本操作,同时我也了解到做实验要谨慎加小心,一点差错就会导致全局崩溃。