操作系统课程设计实验报告.docx

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操作系统课程设计实验报告

操作系统课程设计实验报告

二00九级计算机三班

学号：

姓名：

指导老师:

时间：

2012.02.20--2012.03.01

目录

一、任务内容及进度安排

1.任务内容……………………………2

2.进度安排……………………………5

2、实现任务及其问题分析

任务一…………………………………7

任务二…………………………………8

任务三…………………………………9

任务四…………………………………9

三、心得体会………………………………10

四、附录……………………………………11

一、任务内容及进度安排

1.任务内容

任务一I/O系统调用开销比较

在LINUX平台用C编程逆序一个文本文件，注意显示逆转结果的必须是原文件名。

如文件原内容为“abcd”，处理后内容应为“dcba”。

请分别使用三种方法

（1）标准C的I/O库函数：

fopen、fread和fwrite

（2）Unix的I/O函数：

open、read和write

（3）open和mmap

要求尽量考虑效率，比较三种方法的性能。

任务二实现一个简单的shell

实现一个简单的shell（命令行解释器），类似于sh,bash,csh等。

你的shell必须支持以下内部命令

cd<目录>更改当前的工作目录到另一个<目录>。

如果<目录>未指定，输出当前工作目录。

如果<目录>不存在，应当有适当的错误信息提示。

这个命令应该也能改变PWD的环境变量。

environ列出所有环境变量字符串的设置（类似于Unix系统下的env命令）。

echo<内容>显示echo后的内容且换行

help简短概要的输出你的shell的使用方法和基本功能。

jobs输出shell当前的一系列子进程，必须提供子进程的命名和PID号。

quit,exit,bye退出shell。

所有的内部命令应当优先于在$PATH中同名的程序。

任何非内部命令必须请求shell创建一个新进程,且该子进程执行指定的程序。

这个新进程必须继承shell的环境变量和指定的命令行参数。

Shell应当具有以下特征：

BatchProcessing如果shell启动带有一个文件名作为参数，打开该文件并执行文件里所有命令。

待所有进程全部结束退出shell。

该功能类似于shell的交互模式。

Debugging提供-v选项，shell启动时打开此选项将在运行过程中输出若干调试信息。

在该种模式下，shell应该显示所有被创建了的进程的PID号，通报已结束的子进程和传递给子进程的参数等。

Prompt（命令行提示符）解释器应该打印$PS2（而不是$PS1）作为提示符。

Backgroundprocessing如果命令以符号&终止，在后台并发执行该程序。

shell立即等待下一命令行的输入，而不等待该程序的结束。

任务三进程/线程同步

编程实现下图的效果，要求分别使用进程和线程

（1）进程＋SYSV信号量

（2）线程实现+Posix同步操作API

无论进程形式还是线程形式，进程/线程pi的主体反复输出下面语句：

Iamprocess（orthread）pi

执行次数取必须保证进程并发情况的发生（比如p3和p4的交迭运行），大家自行调整。

必须保证parbegin（p1（）,p2（）,……,p6（））并发形式的充分发生,一个典型的输出系列如下：

Iamthread1

.....

Iamthread1

Iamthread1

.....

Iamthread1

Iamthread3

.....

Iamthread3

Iamthread2

.....

Iamthread2

Iamthread3

.....

Iamthread3

Iamthread2

任务四文件内容的并行搜索

在阅读大型项目代码时，经常要搜索某个标识符，找出该标识符的声明、定义或引用的地方（某文件的哪一行）。

本任务要求实现一个程序idfind，其使用格式如下：

idfind[-jn]iddirname

选项-j指定并行线程数目。

如果省略该选项，则只启动一个线程。

id表示要查找的标识符，dirname表示项目所在目录。

任务五实现一个malloc/free

实现一个malloc/free,必须按讲义指出的方案（注意，因为网上有一些现成的版本，凡未按讲义方案实现者均无效）

设计测试实例，并与libc的malloc实现进行性能比较。

选做,分析你正在使用的libc下malloc的实现。

请参考下面的材料注意其如何保证性能。

任务六利用元数据操作ext2文件系统

1.了解并熟悉EX2文件系统的组织结构。

2.编制一个文件系统浏览器，该浏览器类似shell，但只能对一个ext2文件系统执行以下操作：

a）cd：

改变用户当前工作目录。

假定初始目录为ext2文件系统的根目录。

b）ls：

列出用户当前目录的所有文件，每项输出格式包括：

文件的权限，文件大小，修改时间和文件名。

c）cat：

输出一个文件的内容。

d）exit：

退出该程序

这几个命令都比shell类似的命令要简单一些。

2.进度安排

周二（2012.02.21）：

1）编写生成制定大小的文件的程序

2）编写标准C的I/O操作程序

3）编写Unix的I/0操作程序

周三（2012.02.22）：

1）编写mmap的I/0操作程序

2）测试三种不同方法的性能

3）熟悉了解shell的相关机理

周四（2012.02.23）：

1）实现cd命令

2）实现environ命令

3）实现echo命令

4）实现help命令

周五（2012.02.24）：

1）实现jobs命令

2）实习退出命令

3）实现命令提示符特征

4）实现后台运行特征

周一（2012.02.27）：

1）实现外部命令调用功能

2）测试shell,检测时候达到要求

3）编写任务三的进程同步

4）编写任务三的县线程同步

周二（2012.02.28）：

1）文件的搜索的单进程实现

2）文件搜索的多进程实现

周三（2012.02.29）:

1）实现任务五

周四（2012.03.01）：

1）测试修改任务五代码

2）完成实验六的部分代码

周五（2012.03.02）:

1）完成实验六的代码

2）测试实验六的功能

二、实现任务及其问题分析

任务一I/O系统调用开销比较

实现的功能：

1.生成制定大小的文件

2.利用C实现文件内容的逆序

3.利用unix函数实现文件内容的逆序

4.利用mmap函数实现文件内容的逆序

5.按照要求跟踪实现性能比较

问题分析：

1.文件读取后出现乱码

分析：

fread（）函数的使用出现问题，重新修改后问题解决。

2.文件逆序后无法打开

分析：

fwrite（）函数的使用出现问题，字符串在重新逆序后没有添加结束符。

3.对汉字文件操作后，文件全部为乱码

分析：

不同的编译器中对汉字的大小定义不同，修改每次读取的字节数，问题解决。

4.解决中间文件，实现文件逆序，程序执行后无变化

分析：

文件的打开方式不正确，导致无法写入文件，修改打开方式后，文件操作成功。

任务二实现一个简单的shell

实现的功能：

1.内部命令cd功能

2.内部命令echo功能

3.内部命令environ功能

4.内部命令help功能

5.内部命令jobs功能

6.内部命令退出功能

7.解释器应该打印$PS2作为提示符。

8.命令以符号&终止，在后台并发执行该程序。

shell立即等待下一命令行的输入，而不等待该程序的结束。

问题分析：

1.cd功能实现过程中，无法确定路径改变时候成功

问题分析：

模仿linux的shell模式，在命令提示符中调用环境变量，打印当前的路径。

2.Echo命令执行之后会，在字符串的最后会出现'\n'符号

问题分析：

检查程序语句后，发现在命令解析时，字符串结束符的添加位置出现偏差，忽略了被读取的换行符号。

3.实现jobs功能时，无法调用系统程序，而自己实现时又无法操作

问题分析：

设置结构体数字，存储子进程的名称、ID号、及状态。

ID号在父进程返回时获取并保存，状态通过fork（）返回的次数来确定。

2.在解析命令时，当命令中参数比较多多时，解析代码会出现错误。

任务三进程/线程同步

实现的功能：

1.线程的同步

2.进程的同步

问题分析：

1.子进程在信号量为0的状态下，没有阻塞，依然执行。

问题分析：

函数的参数设置问题，修改函数参数设置。

2.无法创建信号量或创建后无法初始化为0

问题分析：

信号量创建函数的参数设置问题，在最后的参数添加一个参数0666，问题解决。

3.进程并发一定后，程序死锁

问题分析：

在程序中发现在同一进程代码中两次申请了同一资源，导致死锁。

4.进程无法出现较为理想的并发状态

问题分析：

在各个进程的打印次数设置方面不合理，修改各个子进程的打印次数，使其能产生理想的状态。

5.进程4和进程3仅仅发生一次并发，后来一直等待进程3结束后，进程4又开始执行。

问题分析：

进程4释放资源后，进程5占据，等待资源3，从而导致进程5和进程4竞争资源2，导致进程4无法执行，增加进程2的资源数后问题解决。

任务四文件内容的并行搜索

任务四的并行搜索实现的比较少，仅仅通过多种渠道了解了如何进行操作，但是后面没有多余的时间进行编写。

3、心得体会

在此次操作系统课程设计中，对于专业方面的知识又有了更多的了解，同时也接触到了一个全新的程序设计平台。

此次课程设计的操作平台是linux操作系统，在此之前，自己

对linux并没有太多的了解。

通过此次课程设计，自己对linux系统及基于linux核心的程序设计有了个更多的了解，同时也体会到linux平台下编译工具的方便及强大，同时也深刻体验了开源的操作系统对于一个计算机从业者的重要性。

通过linux下的c编程，自己又找到了一个新的编程方向。

此外，此次课程设计的前两个任务的意义没有特别的体现，基本是利用编程的知识来实现一个具有特定功能的程序或者系统，没有感到太多的不同。

然而，第三个实验的同步却让我感觉到了有一中不一样的感觉。

通过自己编程实践，体会到了多线程、多进程同步的机理，对于进程、线程同步有了更深刻的了解，确实感觉到了多进程多线程的优越及有趣之处，使我自己对进程和线程同步有了更大的兴趣。

后面的三个任务可能具有更大的意义，但是由于自己在前面的实验花费了太多的时间的，导致后面没有时间继续完成。

现在看来感觉前面的任务其实没什么，但是实际做起来，却没有那么高的效率，也使我认识到自己的不足及努力的方向。

附录:

线程并发：

#include

#include

#include

#include

pthread_mutex_tmutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex3=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex4=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex5=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex6=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex7=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void*thread1（void*arg）

{

inti,j;

for（i=0;i<10;i++）

{

printf（"Iamprocess1\n"）;

fflush（stdout）;

sleep

（1）;

}

pthread_mutex_unlock（&mutex1）;

pthread_mutex_unlock（&mutex2）;

returnNULL;

}

void*thread2（void*arg）

{

inti,j;

pthread_mutex_lock（&mutex1）;

for（i=0;i<10;i++）

{

printf（"Iamprocess2\n"）;

fflush（stdout）;

sleep

（1）;

}

pthread_mutex_unlock（&mutex1）;

pthread_mutex_unlock（&mutex3）;

pthread_mutex_unlock（&mutex4）;

returnNULL;

}

void*thread3（void*arg）

{

inti,j;

pthread_mutex_lock（&mutex2）;

for（i=0;i<30;i++）

{

printf（"Iamprocess3\n"）;

fflush（stdout）;

sleep

（1）;

}

pthread_mutex_unlock（&mutex2）;

pthread_mutex_unlock（&mutex5）;

returnNULL;

}

void*thread4（void*arg）

{

inti,j;

pthread_mutex_lock（&mutex3）;

for（i=0;i<40;i++）

{

printf（"Iamprocess4\n"）;

fflush（stdout）;

sleep

（1）;

}

pthread_mutex_unlock（&mutex3）;

pthread_mutex_unlock（&mutex7）;

returnNULL;

}

void*thread5（void*arg）

{

inti,j;

pthread_mutex_lock（&mutex4）;

pthread_mutex_lock（&mutex5）;

for（i=0;i<20;i++）

{

printf（"Iamprocess5\n"）;

fflush（stdout）;

sleep

（1）;

}

pthread_mutex_unlock（&mutex4）;

pthread_mutex_unlock（&mutex5）;

pthread_mutex_unlock（&mutex6）;void*thread6（void*arg）

{

inti,j;

pthread_mutex_lock（&mutex6）;

pthread_mutex_lock（&mutex7）;

for（i=0;i<5;i++）

{

printf（"Iamprocess6\n"）;

fflush（stdout）;

sleep

（1）;

}

pthread_mutex_unlock（&mutex6）;

pthread_mutex_unlock（&mutex7）;

returnNULL;

}

intmain（void）

{

pthread_tmythread1,mythread2,mythread3,mythread4,mythread5,mythread6;

inti;

pthread_mutex_lock（&mutex1）;

pthread_mutex_lock（&mutex2）;

pthread_mutex_lock（&mutex3）;

pthread_mutex_lock（&mutex4）;

pthread_mutex_lock（&mutex5）;

pthread_mutex_lock（&mutex6）;

pthread_mutex_lock（&mutex7）;

for（i=1;i<=6;i++）

{

if（1==i）

{

if（pthread_create（&mythread1,NULL,thread1,NULL））

{printf（"error:

111111111111111\n"）;

abort（）;

}

}

if（2==i）

{

if（pthread_create（&mythread2,NULL,thread2,NULL））

{printf（"error:

22222222222222222\n"）;

abort（）;

}

}

returnNULL;

}

if（3==i）

{

if（pthread_create（&mythread3,NULL,thread3,NULL））

{printf（"error:

13333333333333333\n"）;

abort（）;

}

}

if（4==i）

{

if（pthread_create（&mythread4,NULL,thread4,NULL））

{printf（"er4444444444444441\n"）;

abort（）;

}

}

if（5==i）

{

if（pthread_create（&mythread5,NULL,thread5,NULL））

{printf（"error:

6666666666666666\n"）;

abort（）;

}

}

if（6==i）

{

if（pthread_create（&mythread6,NULL,thread6,NULL））

{printf（"error:

666666666666666\n"）;

abort（）;

}

}

}

if（pthread_join（mythread6,NULL））

{

printf（"6666666666666666666\n"）;

abort（）;

}

exit（0）;

}