linux上机实验.docx
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linux上机实验.docx
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linux上机实验
实验1Linux基本环境
1、实验目的
(1)熟悉Linux下的基本操作,学会使用各种Shell命令去操作Linux,对Linux有一个感性认识。
(2)学会使用vi编辑器编辑简单的C语言程序,并能对其编译和调试。
2、实验预备内容
(1)参阅相关Linux操作系统的安装手册,熟悉Linux的基本安装和配置;
(2)参阅相关Linux的命令参考手册,熟悉Linux下的操作命令。
3、实验内容
以root用户身份登陆,并使用“ls”,“cat”“cd”等命令来实现基本的文件操作并观察Linux文件系统的特点;
(2)使用vi编辑器编写一C程序,并用gcc命令进行编译和链接,并用a.out来进行输出结果。
4、思考
(1)Linux系统在用户登陆和操作界面以及文件系统上有哪些特点?
Linux系统的用户登陆和操作界面比较像windows下的dos,比较简单但是不友好。
实验2进程管理
1、实验目的
(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)分析进程竞争资源现象,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。
2、实验预备内容
(1)阅读Linux的sched.h源文件,加深对进程管理概念的理解。
(2)阅读Linux的fork.c源文件,分析进程的创建过程。
3、实验内容
(1)进程的创建
编写一段源程序,使系统调用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:
父进程显示字符“a”;子进程分别显示字符“b”和字符“c”。
试观察纪录屏幕上的显示结果,并分析原因。
分析:
从进程执行并发来看,输出bac,acb等情况都有可能。
原因:
fork()创建进程所需的时间多于输出一个字符的时间,因此在主进程创建进程2的同时,进程1就输出了“b”,而进程2和主程序的输出次序是有随机性的,所以会出现上述结果。
进程的控制
<任务>
修改已编写好的程序,将每个程序的输出由单个字符改为一句话,再观察程序执行时屏幕上出现的现象,并分析其原因。
如果在程序中使用系统调用lockf()来给每个程序加锁,可以实现进程之间的互斥,观察并分析出现的现象。
〈程序1〉
#include
main()
{
intp1,p2,i;
if(p1=fork())
for(i=0;i<500;i++)
printf("child%d\n",i);
else
{
if(p2=fork())
for(i=0;i<500;i++)
printf("son%d\n",i);
else
for(i=0;i<500;i++)
printf("daughter%d\n",i);
}
}
〈运行结果〉
分析:
由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断,因此,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。
〈程序2〉
#include
main()
{
intp1,p2,i;
if(p1=fork())
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;i++)
printf("child%d\n",i);
lockf(1,1,0);
}
else
{
if(p2=fork())
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;i++)printf("son%d\n",i);
lockf(1,1,0);
}
else
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;i++)printf("daughter%d\n",i);
lockf(1,0,0);
}
}
}
<运行结果〉
按照childsondaughter的顺序输出
分析:
因为上述程序执行时,不同进程之间不存在共享临界资源(其中打印机的互斥性已有由操作系统保证)问题,所以,加锁与不加锁效果相同
3.软中断通信
〈任务1〉
编制一段程序,使用系统调用fork()创建两个子进程,再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号(即按ctrl+c键),当捕捉到中断信号后,父进程用系统调用kill()向两个子进程发出信号,子进程捕捉到信号后,分别输出下列信息后终止:
childprocess1iskilledbyparent!
childprocess2iskilledbyparent!
父进程等待两个子进程终止后,输出以下信息后终止:
parentprocessiskilled!
<程序流程图>
〈程序〉
#include
#include
#include
voidwaiting(),stop();
intwait_mark;
main()
{
intp1,p2;
if(p1=fork())/*创建子进程p1*/
{
if(p2=fork())/*创建子进程p2*/
{
wait_mark=1;
signal(SIGINT,stop);/*接收到^c信号,转stop*/
waiting();
kill(p1,16);/*向p1发软中断信号16*/
kill(p2,17);/*向p2发软中断信号17*/
wait(0);/*同步*/
wait(0);
printf("parentprocessiskilled!
\n");
exit(0);
}
else
{
wait_mark=1;
signal(SIGINT,stop);
waiting();
lockf(1,0,0);
printf("childprocess2iskilledbyparent!
\n");
lockf(1,0,0);
exit(0);
}
}
else
{
wait_mark=1;
signal(SIGINT,stop);
waiting();
lockf(1,0,0);
printf("childprocess1iskilledbyparent!
\n");
lockf(1,0,0);
exit(0);
}
}
voidwaiting()
{
while(wait_mark!
=0);
}
voidstop()
{
wait_mark=0;
}
<运行结果>
〈任务2〉
在上面的任务1中,增加语句signal(SIGINT,SIG_IGN)和语句signal(SIGQUIT,SIG_IGN),观察执行结果,并分析原因。
这里,signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分别为忽略键信号以及忽略中断信号。
<程序>
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
intEndFlag=0;
intpf1=0;
intpf2=0;
voidIntDelete()
{
kill(pid1,16);
kill(pid2,17);
EndFlag=1;
}
voidInt1()
{
printf("childprocess1iskilled!
byparent\n");
exit(0);
}
voidInt2()
{
printf("childprocess2iskilled!
byparent\n");
exit(0);
}
main()
{
intexitpid;
signal(SIGINT,SIG_IGN);
signal(SIGQUIT,SIG_IGN);
if(pid1=fork())
{
signal(SIGUSR1,Int1);
signal(SIGINT,SIG_IGN);
pause();
exit(0);
}
else
{
if(pid2=fork())
{
signal(SIGUSR1,Int1);
signal(SIGINT,SIG_IGN);
pause();
exit(0);
}
else
{
signal(SIGINT,IntDelete);
waitpid(-1,&exitpid,0);
printf("parentprocessiskilled\n");
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉
〈分析〉
由于忽略了中断与退出信号,程序会一直保持阻塞状态而无法退出。
进程的管道通信
〈任务〉
编制一段程序,实现进程的管道通信。
使用系统调用pipe()建立一条管道线。
两个子进程p1和p2分别向通道个写一句话:
child1processissendingmessage!
child2processissendingmessage!
而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息,显示在屏幕上。
〈程序〉
#include
#include
#include
intpid1,pid2;
main()
{
intfd[2];
charoutpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd);/*创建一个管道*/
while((pid1=fork())==-1);
if(pid1==0)
{
lockf(fd[1],1,0);
sprintf(outpipe,"child1processissendingmessage!
");
/*把串放入数组outpipe中*/
write(fd[1],outpipe,50);/*向管道写长为50字节的串*/
sleep(5);/*自我阻塞5秒*/
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{
while((pid2=fork())==-1);
if(pid2==0)
{lockf(fd[1],1,0);/*互斥*/
sprintf(outpipe,"child2processissendingmessage!
");
write(fd[1],outpipe,50);
sleep(5);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{wait(0);/*同步*/
read(fd[0],inpipe,50);/*从管道中读长为50字节的串*/
printf("%s\n",inpipe);
wait(0);
read(fd[0],inpipe,50);
printf("%s\n",inpipe);
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉
延迟5秒后显示:
child1processissendingmessage!
再延迟5秒:
child2processissendingmessage!
4、思考
(1)系统是怎样创建进程的?
(2)可执行文件加载时进行了哪些处理?
(3)当首次调用新创建进程时,其入口在哪里?
(4)进程通信有什么特点?
实验3进程间通信
1、实验目的
Linux系统的进程通信机构(IPC)允许在任意进程间大批量地交换数据。
本实验的目的是了解和熟悉Linux支持的消息通讯机制及信息量机制。
2、实验预备内容
阅读Linux系统的msg.c、sem.c和shm.c等源码文件,熟悉Linux的三种机制。
3、实验内容
(1)消息的创建,发送和接收。
①使用系统调用msgget(),msgsnd(),msgrev(),及msgctl()编制一长度为1k的消息的发送和接收程序。
#include
#include
#include
#include
#defineMSGKEY75/*定义关键词MEGKEY*/
structmsgform/*消息结构*/
{
longmtype;
charmtexe[1030];/*文本长度*/
}msg;
intmsgqid,i;
voidCLIENT()
{
inti;
msgqid=msgget(MSGKEY,0777);
for(i=10;i>=1;i--)
{
msg.mtype=i;
printf("(client)sent\n");
msgsnd(msgqid,&msg,1024,0);/*发送消息msg入msgid消息队列*/
}
exit(0);
}
voidSERVER()
{
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);/*由关键字获得消息队列*/
do
{
msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0);/*从队列msgid接受消息msg*/
printf("(server)receive\n");
}while(msg.mtype!
=1);/*消息类型为1时,释放队列*/
msgctl(msgqid,IPC_RMID,0);
exit(0);
}
main()
{
if(fork())SERVER();
elseCLIENT();
wait(0);
wait(0);
}
结果:
②观察上面的程序,说明控制消息队列系统调用msgctl()在此起什么作用?
(2)共享存储区的创建、附接和段接。
使用系统调用shmget(),shmat(),sgmdt(),shmctl(),编制一个与上述功能相同的程序。
#include
#include
#include
#defineSHMKEY75/*定义共享区关键词*/
intshmid,i;
int*addr;
CLIENT()
{
inti;
shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777);/*获取共享区,长度1024,关键词SHMKEY*/
addr=shmat(shmid,0,0);/*共享区起始地址为addr*/
for(i=9;i>=0;i--)
{
while(*addr!
=-1);
printf("(client)sent\n");/*打印(client)sent*/
*addr=i;/*把i赋给addr*/
}
exit(0);
}
SERVER()
{
shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT);/*创建共享区*/
addr=shmat(shmid,0,0);/*共享区起始地址为addr*/
do
{
*addr=-1;
while(*addr==-1);
printf("(server)received\n");/*服务进程使用共享区*/
}
while(*addr);
shmctl(shmid,IPC_RMID,0);
exit(0);
}
main()
{
if(fork())SERVER();
if(fork())CLIENT();
wait(0);
wait(0);
}
<结果〉
运行的结果和预想的完全一样。
但在运行的过程中,发现每当client发送一次数据后,server要等大约0.1秒才有响应。
同样,之后client又需要等待大约0.1秒才发送下一个数据。
<分析〉
出现上述的应答延迟的现象是程序设计的问题。
当client端发送了数据后,并没有任何措施通知server端数据已经发出,需要由client的查询才能感知。
此时,client端并没有放弃系统的控制权,仍然占用CPU的时间片。
只有当系统进行调度时,切换到了server进程,再进行应答。
这个问题,也同样存在于server端到client的应答过程之中。
3比较两种消息通信机制中的数据传输的时间
由于两种机制实现的机理和用处都不一样,难以直接进行时间上的比较。
如果比较其性能,应更加全面的分析。
消息队列的建立比共享区的设立消耗的资源少.前者只是一个软件上设定的问题,后者需要对硬件操作,实现内存的映像,当然控制起来比前者复杂.如果每次都重新进行队列或共享的建立,共享区的设立没有什么优势。
当消息队列和共享区建立好后,共享区的数据传输,受到了系统硬件的支持,不耗费多余的资源;而消息传递,由软件进行控制和实现,需要消耗一定的CPU资源.从这个意义上讲,共享区更适合频繁和大量的数据传输.
消息的传递,自身就带有同步的控制.当等到消息的时候,进程进入睡眠状态,不再消耗CPU资源.而共享队列如果不借助其他机制进行同步,接受数据的一方必须进行不断的查询,白白浪费了大量的CPU资源.可见消息方式的使用更加灵活.
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