操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现.docx

操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现.docx

《操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现

操作系统课程设计

——Linux系统管理实践与进程通信实现

二零一三年一月八号

一、设计内容

1、Linux系统的熟悉与常用操作命令的掌握。

2、Linux环境下进程通信的实现。

（实现父母子女放水果吃水果的同步互斥问题，爸爸放苹果，女儿专等吃苹果，妈妈放橘子，儿子专等吃橘子，盘子即为缓冲区，大小为5。

）

二、Linux环境介绍

1、Linux的由来与发展

Linux是一种可以在PC机上执行的类似UNIX的操作系统，是一个完全免费的操作系统。

1991年，芬兰学生LinuxTorvalds开发了这个操作系统的核心部分，因为是Linux改良的minix系统，故称之为Linux。

2、Linux的优点

（1）Linux具备UNIX系统的全部优点

Linux是一套PC版的UNIX系统，相对于Windows是一个十分稳定的系统，安全性好。

（2）良好的网络环境

Linux与UNIX一样，是以网络环境为基础的操作系统，具备完整的网络功能，提供在Internet或Intranet的邮件，FTP，www等各种服务。

（3）免费的资源

Linux免费的资源和公开的源代码方便了对操作系统的深入了解，给编程爱好者提供更大的发挥空间。

3、Linux的特点

1）全面的多任务，多用户和真正的32位操作系统

2）支持多种硬件，多种硬件平台

3）对应用程序使用的内存进行保护

4）按需取盘

5）共享内存页面

6）使用分页技术的虚拟内存

7）优秀的磁盘缓冲调度功能

8）动态链接共享库

9）支持伪终端设备

10）支持多个虚拟控制台

11）支持多种CPU

12）支持数字协处理器387的软件模拟

13）支持多种文件系统

14）支持POSIX的任务控制

15）软件移植性好

16）与其它UNIX系统的兼容性

17）强大的网络功能

三、常用命令介绍

1、目录操作

和DOS相似，Linux采用树型目录管理结构，由根目录（/）开始一层层将子目录建下去，各子目录以/隔开。

用户login后，工作目录的位置称为homedirectory，由系统管理员设定。

‘~’符号代表自己的homedirectory，例如~/myfile是指自己home目录下myfile这个文件。

Linux的通配符有三种：

’*’和’?

’用法与DOS相同，‘-‘代表区间内的任一字符，如test[0-5]即代表test0，test1，……，test5的集合。

（1）显示目录文件ls

执行格式：

ls[-atFlgR][name]（name可为文件或目录名称）

例：

ls显示出当前目录下的文件

ls-a显示出包含隐藏文件的所有文件

ls-t按照文件最后修改时间显示文件

ls-F显示出当前目录下的文件及其类型

ls-l显示目录下所有文件的许可权、拥有者、文件大小、修改时间及名称

ls-lg同上

ls-R显示出该目录及其子目录下的文件

注:

ls与其它命令搭配使用可以生出很多技巧（最简单的如"ls-l|more"），更多用法请输入ls--help查看，其它命令的更多用法请输入命令名--help查看。

（2）建新目录mkdir

执行格式：

mkdirdirectory-name

例：

mkdirdir1（新建一名为dir1的目录）

（3）删除目录rmdir

执行格式：

rmdirdirectory-name或rmdirectory-name

例：

rmdirdir1删除目录dir1，但它必须是空目录，否则无法删除

rm-rdir1删除目录dir1及其下所有文件及子目录

rm-rfdir1不管是否空目录，统统删除，而且不给出提示,使用时要小心

（4）改变工作目录位置cd

执行格式：

cd[name]

例：

cd改变目录位置至用户login时的workingdirectory

cddir1改变目录位置，至dir1目录

cd~user改变目录位置，至用户的workingdirectory

cd改变目录位置，至当前目录的上层目录

cd/user改变目录位置，至上一级目录下的user目录

cd/dir-name1/dir-name2改变目录位置，至绝对路径（Fullpath）

cd回到进入当前目录前的上一个目录

（5）显示当前所在目录pwd

执行格式：

pwd

（6）查看目录大小du

执行格式：

du[-s]directory

例：

dudir1显示目录dir1及其子目录容量（以kb为单位）

du-sdir1显示目录dir1的总容量

（7）显示环境变量

echo$HOME显示家目录

echo$PATH显示可执行文件搜索路径

env显示所有环境变量（可能很多,最好用"env|more","env|grepPATH"等）

（8）修改环境变量，在bash下用export,如：

exportPATH=$PATH:

/usr/local/bin

想知道export的具体用法，可以用shell的help命令：

helpexport

2、文件操作

（1）查看文件（可以是二进制的）内容cat

执行格式：

catfilename或morefilename或catfilename|more

例：

catfile1以连续显示方式，查看文件file1的内容

morefile1

或catfile1|more以分页方式查看文件的内容

（2）删除文件rm

执行格式：

rmfilename

例：

rmfile?

rmf*

（3）复制文件cp

执行格式：

cp[-r]sourcedestination

例：

cpfile1file2将file1复制成file2

cpfile1dir1将file1复制到目录dir1

cp/tmp/file1将file1复制到当前目录

cp/tmp/file1file2将file1复制到当前目录名为file2

cp–rdir1dir2（recursivecopy）复制整个目录。

（4）移动或更改文件、目录名称mv

执行格式：

mvsourcedestination

例：

mvfile1file2将文件file1，更名为file2

mvfile1dir1将文件file1，移到目录dir1下

mvdir1dir2

（5）比较文件（可以是二进制的）或目录的内容diff

执行格式：

diff[-r]name1name2（name1、name2同为文件或目录）

例：

difffile1file2比较file1与file2的不同处

diff-rdir1dir2比较dir1与dir2的不同处

（6）文件中字符串的查找grep

执行格式：

grepstringfile

例：

grepabcfile1查找并列出串abc所在的整行文字

（7）文件或命令的路径寻找

执行格式一：

whereiscommand显示命令的路径

执行格式二：

whichcommand显示路径及使用者所定义的别名

执行格式三：

whatiscommand显示命令的功能摘要

执行格式四：

findsearch-path-namefilename-print搜寻指定路径下某文件的路径

执行格式五：

locatefilename

根据系统预先生成的文件/目录数据库（/var/lib/slocate/slocate.db）查找匹配的文件/目录,查找速度很快,如果有刚进行的文件改变而系统未到执行定时更新数据库的时间,可以打入updatedb命令手动更新。

（8）建立文件或目录的链接ln

例:

lnsourcetarget1建立source文件（已存在）的硬链接,命名为target1

ln-ssourcetarget2建立source文件的符号链接,命名为target2

以下是几个常用命令操作的截图：

四、设计思想

当计算机中两个或多个进程在执行时需要使用公用缓冲区，并且对该缓冲区采取了互斥措施。

这时如果并发执行这些进程就会造成CPU的极大浪费，这是操作系统设计要求不允许的。

而这种现象在操作系统和用户进程中大量存在。

因此为了解决这一问题，提出了同步的概念，即把异步环境下的一组并发进程，因直接制约而互相发送消息、互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。

在本次设计中，爸爸与妈妈、儿子与女儿的进程操作是互斥的，但是爸爸与女儿、妈妈与儿子进程之间的操作是同步的。

因此要利用进程同步的方法来实现这几者之间的操作，当然其中也包含着互斥进程，因为盘子每次只能放入或取出一个水果。

程序设计中有如下四个进程：

father（），mother（），daughter（），son（）。

五、数据结构

1、信号量semid_mutex作为进程的公有信号量，其初始值为1，可以实现进程间的互斥，同时可以表示当前状态下盘子里可以放几个水果，实现进程间的同步。

2、信号量semid_full1为进程father（）与daughter（）的私有信号量，初值为0，表示当前盘子里苹果的数目。

3、信号量semid_full2为进程mother（）与son（）的私有信号量，初值为0，表示当前盘子里橘子的数目。

六、设计流程

爸爸放苹果流程图：

妈妈放橘子流程图：

女儿吃苹果流程图：

儿子吃橘子流程图：

7、源代码

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#defineSHMKEY9090/*共享存储区的键*/

#defineSEMKEY_EMPTY9091

#defineSEMKEY_MUTEX9092

#defineSEMKEY_FULL19093

#defineSEMKEY_FULL29094/*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10个产品*/

#definePRODUCT_LEN1/*每个产品是一个字符串:

<=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;

}

intbegin（）

{

char*addr,end;

intshmid;

intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;

structsembufsem_tmp;

/*开辟共享存储区*/

if（（shmid=shmget（SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3,0777|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+3,0777）;

if（shmctl（shmid,IPC_RMID,0）<0）

perror（"shmctl:

falsed"）;

/*同时释放信号量*/

semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/

semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;

semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;

semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;

semctl（semid_mutex,0,IPC_RMID）;

semctl（semid_empty,0,IPC_RMID）;

semctl（semid_full1,0,IPC_RMID）;

semctl（semid_full2,0,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+3）;//初始化存储区为0

shmdt（addr）;/*离开缓冲区*/

/*创建3个信号量:

1个用于对缓冲区互斥,2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_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）

{

if（errno==EEXIST）

printf（"TheSEMKEY_EMPTYHasExisted!

\n"）;

else

printf（"FailToCreateSEMKEY_EMPTY!

\n"）;

return-1;

}

if（（semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）

{

if（errno==EEXIST）

printf（"TheSEM_FULL1HasExisted!

\n"）;

else

printf（"FailToCreateSEM_FULL1!

\n"）;

return-1;

}

if（（semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL））==-1）

{

if（errno==EEXIST）

printf（"TheSEM_FULL2HasExisted!

\n"）;

else

printf（"FailToCreateSEM_FULL2!

\n"）;

return-1;

}

/*给信号量赋初值*/

set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,BUFF_LEN,0）;/*BUFF_LEN*/

semop（semid_empty,&sem_tmp,1）;

set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/

semop（semid_full1,&sem_tmp,1）;

set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,0,0）;/*0*/

semop（semid_full2,&sem_tmp,1）;

set_sembuf_struct（&sem_tmp,0,1,0）;/*1*/

semop（semid_mutex,&sem_tmp,1）;

return0;

}

/*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

return0;

}

intV（intsemid）

{

structsembufv_buf;/*struct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

return0;

}

intfather（）

{

intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/

intrc1,rc2,rc3;

semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/

semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;

semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;

semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;

rc1=semctl（semid_empty,0,GETVAL）;

rc2=semctl（semid_mutex,0,GETVAL）;

if（rc1==0）

{

return1;//不能放則等待

}

if（rc2==0）

{

return1;

}

P（semid_empty）;/*对私有信号量作P操作*/

P（semid_mutex）;

printf（"thereis%dplacestoputapples\n",rc1）;

printf（"PUTANAPLLE\n"）;

V（semid_mutex）;

V（semid_full1）;

rc3=semctl（semid_full1,0,GETVAL）;

printf（"daughtercanget%dapples\n",rc3）;

return0;

}

intmother（）

{intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/

intrc1,rc2,rc3;

semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/

semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;

semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;

semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;

rc1=semctl（semid_empty,0,GETVAL）;

rc2=semctl（semid_mutex,0,GETVAL）;

if（rc1==0）

{

return1;//不能放則等待

}

elseif（rc2==0）

{

return1;

}

P（semid_empty）;/*对私有信号量作P操作*/

P（semid_mutex）;

printf（"thereis%dplacestoputoranges\n",rc1）;

printf（"PUTANORANGE!

!

!

\n"）;

V（semid_mutex）;

V（semid_full2）;

rc3=semctl（semid_full2,0,GETVAL）;

printf（"soncanget%doranges\n",rc3）;

return0;

}

intson（）

{

intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/

intrc1,rc2;

semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0777）;/*获取全局信号量id*/

semid_empty=semget（SEMKEY_EMPTY,1,0777）;

semid_full1=semget（SEMKEY_FULL1,1,0777）;

semid_full2=semget（SEMKEY_FULL2,1,0777）;

rc2=semctl（semid_full1,0,GETVAL）;

rc1=semctl（semid_full2,0,GETVAL）;

if（rc1==0）

{

return1;//不能放則等待

}

P（semid_full2）;/*对私有信号量作P操作*/

P（semid_mutex）;

printf（"SUM:

%dapplesand%doranges\n",rc2,rc1）;

printf（"thereis%dorangestoget\n",rc1）;

printf（"GETANORANGE!

!

!

\n"）;

V（semid_empty）;

V（semid_mutex）;

return0;

}

intdaughter（）

{

intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信号量集合id*/

intrc1,rc2,rc3;

semid_mutex=semget（SEMKEY_MUTEX,1,0