操作系统报告1.docx
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操作系统报告1.docx
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操作系统报告1
软件学院
实验报告
课程名称:
操作系统原理
实验项目:
Linux环境下进程管理
实验室:
姓名:
学号:
专业班级:
实验时间:
12月14日
实验成绩
评阅教师
一、实验目的及要求
1.加深对进程概念的理解,明确进程和程序的区别;
2.进一步认识并发执行的实质;
3.分析进程争用资源的现象,学习解决进程互斥的方法;
4.了解Linux系统中进程通信的基本原理。
二、实验性质
验证性
3、实验学时
4学时
四、实验环境
Linux系统开发环境
五、实验内容及步骤
5.1实验内容
1.进程的创建
1.1进程
UNIX中,进程既是一个独立拥有资源的基本单位,又是一个独立调度的基本单位。
一个进程实体由若干个区(段)组成,包括程序区、数据区、栈区、共享存储区等。
每个区又分为若干页,每个进程配置有唯一的进程控制块PCB,用于控制和管理进程。
PCB的数据结构如下:
(1)进程表项(Process Table Entry)。
包括一些最常用的核心数据:
进程标识符PID、用户标识符UID、进程状态、事件描述符、进程和U区在内存或外存的地址、软中断信号、计时域、进程的大小、偏置值nice、指向就绪队列中下一个PCB的指针P_Link、指向U区进程正文、数据及栈在内存区域的指针。
(2)U区(UArea)。
用于存放进程表项的一些扩充信息。
每一个进程都有一个私用的U区,其中含有:
进程表项指针、真正用户标识符u-ruid(read user ID)、有效用户标识符u-euid(effective user ID)、用户文件描述符表、计时器、内部I/O参数、限制字段、差错字段、返回值、信号处理数组。
由于UNIX系统采用段页式存储管理,为了把段的起始虚地址变换为段在系统中的物理地址,便于实现区的共享,所以还有:
(3)系统区表项。
以存放各个段在物理存储器中的位置等信息。
系统把一个进程的虚地址空间划分为若干个连续的逻辑区,有正文区、数据区、栈区等。
这些区是可被共享和保护的独立实体,多个进程可共享一个区。
为了对区进行管理,核心中设置一个系统区表,各表项中记录了以下有关描述活动区的信息:
区的类型和大小、区的状态、区在物理存储器中的位置、引用计数、指向文件索引结点的指针。
(4)进程区表
系统为每个进程配置了一张进程区表。
表中,每一项记录一个区的起始虚地址及指向系统区表中对应的区表项。
核心通过查找进程区表和系统区表,便可将区的逻辑地址变换为物理地址。
1.2进程映像
UNIX系统中,进程是进程映像的执行过程,也就是正在执行的进程实体。
它由三部分组成:
(1)用户级上、下文。
主要成分是用户程序;
(2)寄存器上、下文。
由CPU中的一些寄存器的内容组成,如PC,PSW,SP及通用寄存器等;
(3)系统级上、下文。
包括OS为管理进程所用的信息,有静态和动态之分。
1.3所涉及的系统调用fork( )创建一个新进程。
系统调用格式:
pid=fork()
参数定义:
int fork( )
fork( )返回值意义如下:
0:
在子进程中,pid变量保存的fork( )返回值为0,表示当前进程是子进程。
>0:
在父进程中,pid变量保存的fork( )返回值为子进程的id值(进程唯一标识符)。
-1:
创建失败。
如果fork()调用成功,它向父进程返回子进程的PID,并向子进程返回0,即fork()被调用了一次,但返回了两次。
此时OS在内存中建立一个新进程,所建的新进程是调用fork()父进程(parentprocess)的副本,称为子进程(childprocess)。
子进程继承了父进程的许多特性,并具有与父进程完全相同的用户级上下文。
父进程与子进程并发执行。
1.4核心为fork()完成以下操作
(1)为新进程分配一进程表项和进程标识符
进入fork()后,核心检查系统是否有足够的资源来建立一个新进程。
若资源不足,则fork()系统调用失败;否则,核心为新进程分配一进程表项和唯一的进程标识符。
(2)检查同时运行的进程数目
超过预先规定的最大数目时,fork()系统调用失败。
(3)拷贝进程表项中的数据
将父进程的当前目录和所有已打开的数据拷贝到子进程表项中,并置进程的状态为“创建”状态。
(4)子进程继承父进程的所有文件
对父进程当前目录和所有已打开的文件表项中的引用计数加1。
(5)为子进程创建进程上、下文
进程创建结束,设子进程状态为“内存中就绪”并返回子进程的标识符。
(6)子进程执行
虽然父进程与子进程程序完全相同,但每个进程都有自己的程序计数器PC(注意子进程的PC开始位置),然后根据pid变量保存的fork( )返回值的不同,执行了不同的分支语句。
2.进程的控制
修改已编写的程序,将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话,再观察程序执行时屏幕上出现的现象,并分析原因。
如果在程序中使用系统调用lockf()来给每一个进程加锁,可以实现进程之间的互斥,观察并分析出现的现象。
3.用fork()创建一个进程,再调用exec()用新的程序替换该子进程的内容;利用wait()来控制进程执行顺序。
5.2实验步骤
1.挂载ISO镜像;如图5-1所示。
图5-1挂载镜像
2.利用vim命令修改配配置文件;如图5-2所示。
图5-2修改配置文件
3.安装c程序的编译程序;如图5-3所示。
图5-3安装程序
4.实现进程的创建
(1).创建c程序;如图5-4所示。
图5-4新建一个程序文件夹
(2).编写c程序;如图5-5所示。
图5-5编写程序
(3).编译c程序
(4)执行c程序;如图5-5所示。
图5-6程序执行结果
5.实现进程的控制1
(1).创建该程序;如图5-6所示。
图5-6新建程序
(2).编写该程序;如图5-7所示。
图5-7编写程序
(3).编译该程序
(4).执行该程序;如图5-8所示。
图5-8程序结果
6.实现进程的控制2
(1).创建该程序;如图5-9所示。
图5-9新建程序
(2).编写该程序;如图5-10所示。
图5-10编写程序
(3).编译该程序
(4).执行该程序;如图5-11所示。
图5-11程序结果
六、实验数据及结果分析
1.进城创建的实验结果。
如图6-1所示。
图6-1程序创建的结果展示
结果分析:
从程序的并发执行的角度看,程序的输出结果不一定是按照程序的先后顺序输出“abc”。
根据fork()创建进程所需的时间虽然可能多于输出一个字符的时间,但各个进程的时间片的获得却不是一定是顺序的,因而会产生输出abc的各种排列都存在的现象。
2.进程控制的第一个程序的结果如图6-2所示。
图6-2程序控制第一个实验的结果展示
结果分析:
由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断,因此,每个字符串内部的字符顺序输出时不变。
但是由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题,输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。
这与打印单字符的结果相同。
因此对于单个输出程序而言,由于是循环输出的过程,不会被发生干扰的情况,因而A后面会紧跟着A知道A输出完毕。
但是由于问题没有发生变化,因此在“abc”三者的顺序上仍然存在乱序。
3.进程控制的第二个程序的结果如图6-3所示。
图6-3程序控制第二个实验的结果展示
结果分析:
结果是输出AA块,BB块,CC块的顺序可能不同,但是每个块的输出过程不会被打断。
因为上述程序执行时,lockf(1,1,0)锁定标准输出设备,lockf(1,0,0)解锁标准输出设备,在lockf(1,1,0)与lockf(1,0,0)中间的for循环输出不会被中断,加锁与不加锁效果不相同。
由于是循环输出的过程,不会被发生干扰的情况,因而A后面会紧跟着A知道A输出完毕。
但是由于问题没有发生变化,因此在“ABC”三者的顺序上仍然存在乱序。
七、实验总结
经过此次实验,主要是熟悉了linux系统的使用,熟悉了linux系统的基本操作。
实现了进入各个目录,实现对文件、目录的新建和删除。
实现了对文件的修改。
实现了安装程序来实现程序的运行。
对于操作系统这门课程而言,强化了对进程的理解,了解到进程的运用,学会了运用程序去实现进程。
学习了利用fork()创建一个进程,lock()语句的运用实现进程对共享资源的互斥使用。
同时对于进程的细微性有了更深刻的认识,意识到进程的创建到开始执行,进程的执行时间段上的不同。
同时也更加理解了进程的并发执行的效果。
附录源程序清单
1.进程的创建
#include
main()
{
intp1,p2;
while((p1=fork())==-1);
if(p1==0)
putchar('a');
else
{
while((p2=fork())==-1);
if(p2==0)
putchar('b');
else
putchar('c');
}
}
2.进程的控制1
#include
main()
{
intp1,p2,i;
while((p1=fork())==-1);
if(p1==0)
{
for(i=1;i<6;i++)
printf("AA%d\n",i);
}
else
{
while((p2=fork())==-1);
if(p2==0)
{
for(i=1;i<6;i++);
printf("BB%d\n",i);
}
else
{
for(i=1;i<6;i++)
printf("CC%d\n",i);
}
}
}
3.进程的控制2
#include
#include
main()
{
intp1,p2,i;
while((p1=fork())==-1);
if(p1==0)
{
lockf(1,1,0);
for(i=1;i<6;i++)
printf("AA%d\n",i);
lockf(1,0,0);
}
else
{
while((p2=fork())==-1);
if(p2==0)
{
lockf(1,1,0);
for(i=1;i<6;i++)
printf("BB%d\n",i);
lockf(1,0,0);
}
else
{
lockf(1,1,0);
for(i=1;i<6;i++)
printf("CC%d\n",i);
lockf(1,0,0);
}
}
}
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