操作系統(tǒng)課程設(shè)計Linux系統(tǒng)管理實踐與進程通信實現(xiàn)班級網(wǎng)絡(luò)10學(xué)號31006100姓名YHD指導(dǎo)老師詹永照二零一三年一月八號一、設(shè)計內(nèi)容1、Linux系統(tǒng)的熟悉與常用操作命令的掌握。2、Linux環(huán)境下進程通信的實現(xiàn)。（實現(xiàn)父母子女放水果吃水果的同步互斥問題，爸爸放蘋果，女兒專等吃蘋果，媽媽放橘子，兒子專等吃橘子，盤子即為緩沖區(qū)，大小為5。）二、Linux環(huán)境介紹1、Linux的由來與發(fā)展Linux是一種可以在PC機上執(zhí)行的類似UNIX的操作系統(tǒng)，是一個完全免費的操作系統(tǒng)。1991年，芬蘭學(xué)生LinuxTorvalds開發(fā)了這個操作系統(tǒng)的核心部分，因為是Linux改良的minix系統(tǒng)，故稱之為Linux。2、Linux的優(yōu)點（1）Linux具備UNIX系統(tǒng)的全部優(yōu)點Linux是一套PC版的UNIX系統(tǒng)，相對于Windows是一個十分穩(wěn)定的系統(tǒng)，安全性好。（2）良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境Linux與UNIX一樣，是以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)，具備完整的網(wǎng)絡(luò)功能，提供在Internet或Intranet的郵件，F(xiàn)TP，www等各種服務(wù)。（3）免費的資源Linux免費的資源和公開的源代碼方便了對操作系統(tǒng)的深入了解，給編程愛好者提供更大的發(fā)揮空間。3、Linux的特點1）全面的多任務(wù)，多用戶和真正的32位操作系統(tǒng)2）支持多種硬件，多種硬件平臺3）對應(yīng)用程序使用的內(nèi)存進行保護4）按需取盤5）共享內(nèi)存頁面6）使用分頁技術(shù)的虛擬內(nèi)存7）優(yōu)秀的磁盤緩沖調(diào)度功能8）動態(tài)鏈接共享庫9）支持偽終端設(shè)備10）支持多個虛擬控制臺11）支持多種CPU12）支持?jǐn)?shù)字協(xié)處理器387的軟件模擬13）支持多種文件系統(tǒng)14）支持POSIX的任務(wù)控制15）軟件移植性好16）與其它UNIX系統(tǒng)的兼容性17）強大的網(wǎng)絡(luò)功能三、常用命令介紹1、目錄操作和DOS相似，Linux采用樹型目錄管理結(jié)構(gòu)，由根目錄（/）開始一層層將子目錄建下去，各子目錄以/隔開。用戶login后，工作目錄的位置稱為homedirectory，由系統(tǒng)管理員設(shè)定?！畘’符號代表自己的homedirectory，例如~/myfile是指自己home目錄下myfile這個文件。Linux的通配符有三種：’*’和’？’用法與DOS相同，'-'代表區(qū)間內(nèi)的任一字符，如test[0-5]即代表test0，test1，，test5的集合。（1）顯示目錄文件ls執(zhí)行格式:ls[-atFlgR][name]（name可為文件或目錄名稱）例：ls顯示出當(dāng)前目錄下的文件ls-a顯示出包含隱藏文件的所有文件ls-t按照文件最后修改時間顯示文件ls-F顯示出當(dāng)前目錄下的文件及其類型ls-l顯示目錄下所有文件的許可權(quán)、擁有者、文件大小、修改時間及名稱ls-lg同上ls-R顯示出該目錄及其子目錄下的文件注:ls與其它命令搭配使用可以生出很多技巧（最簡單的如〃ls-l|more"），更多用法請輸入囪--help查看，其它命令的更多用法請輸入命令名--help

查看。（2）建新目錄mkdir執(zhí)行格式：mkdirdirectory-name例：mkdirdirl（新建一名為dirl的目錄）（3）刪除目錄rmdir執(zhí)行格式：rmdir例：rmdirdirl刪除目錄dirl，但它必須是空目錄，否則無法刪除rm-rdirl刪除目錄dirl及其下所有文件及子目錄rm-rfdirl不管是否空目錄，統(tǒng)統(tǒng)刪除，而且不給出提示，使用（4）改變工作目錄位置時要小心cd執(zhí)行格式：cd[name]例：cd改變目錄位置全用戶login時的workingdirectorycddirl改變目錄位置，至dir執(zhí)行格式：rmdir例：rmdirdirl刪除目錄dirl，但它必須是空目錄，否則無法刪除rm-rdirl刪除目錄dirl及其下所有文件及子目錄rm-rfdirl不管是否空目錄，統(tǒng)統(tǒng)刪除，而且不給出提示，使用（4）改變工作目錄位置時要小心cd執(zhí)行格式：cd[name]例：cd改變目錄位置全用戶login時的workingdirectorycddirl改變目錄位置，至dir1目錄cd~user改變目錄位置，全用戶的workingdirectorycd改變目錄位置，至當(dāng)前目錄的上層目錄cd/user改變目錄位置，至上一級目錄下的user目錄cd/dir-name1/dir-name2改變目錄位置，至絕對路徑（Fullpath）cd（5）顯示當(dāng)前所在目錄回到進入當(dāng)前目錄前的上一個目錄pwd執(zhí)行格式：pwd（6）查看目錄大小du執(zhí)行格式：du[-s]directory例：dudirl顯示目錄dirl及其子目錄容量（以kb執(zhí)行格式：du[-s]directory例：dudirl顯示目錄dirl及其子目錄容量（以kb為單位）du-sdirl顯示目錄dirl的總?cè)萘浚?）顯示環(huán)境變量echo$HOME顯示家目錄echo$PATH顯示可執(zhí)行文件搜索路徑echo$HOME顯示家目錄echo$PATH顯示可執(zhí)行文件搜索路徑env顯示所有環(huán)境變量（可能很多，最好用"env|more”,"env|grepPATH〃等）（8）修改環(huán)境變量，在bash下用export,如：envexportPATH=$PATH:/usr/local/bin想知道export的具體用法，可以用shell的help命令：helpexport2、文件操作（1）查看文件（可以是二進制的）內(nèi)容cat執(zhí)行格式：catfilename或morefilename或catfilename|more例：catfile1以連續(xù)顯示方式，查看文件file1的內(nèi)容morefile1或catfile1|more以分頁方式查看文件的內(nèi)容（2）刪除文件rm執(zhí)行格式：rmfilename例：rmfile?rmf*（3）復(fù)制文件cp執(zhí)行格式：cp[-r]sourcedestination例：cpfile1file2將file1復(fù)制成file2cpfile1dir1將file1復(fù)制到目錄dir1cp/tmp/file1將file1復(fù)制到當(dāng)前目錄cp/tmp/file1file2將file1復(fù)制到當(dāng)前目錄名為file2cp-rdir1dir2（recursivecopy）復(fù)制整個目錄。（4）移動或更改文件、目錄名稱mv執(zhí)行格式：mvsourcedestination例：mvfile1file2將文件file1,更名為file2mvfile1dir1將文件file1,移到目錄dir1下mvdir1dir2（5）比較文件（可以是二進制的）或目錄的內(nèi)容diff執(zhí)行格式：diff[-r]name1name2（name1、name2同為文件或目錄）例：difffile1file2比較file1與file2的不同處diff-rdir1dir2比較dir1與dir2的不同處（6）文件中字符串的查找grep

執(zhí)行格式:grepstringfile執(zhí)行格式:grepstringfile例：grepabcfilel查找并列出串a(chǎn)bc所在的整行文字文件或命令的路徑尋找執(zhí)行格式一：whereiscommand顯示命令的路徑執(zhí)行格式二：whichcommand顯示路徑及使用者所定義的別名執(zhí)行格式三：whatiscommand顯示命令的功能摘要執(zhí)行格式四：findsearch-path-namefilename-print搜尋指定路徑下某文件的路徑執(zhí)行格式五：locatefilename根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先生成的文件/目錄數(shù)據(jù)庫(/var/lib/slocate/slocate.db)查找匹配的文件/目錄,查找速度很快，如果有剛進行的文件改變而系統(tǒng)未到執(zhí)行定時更新數(shù)據(jù)庫的時間,可以打入updatedb命令手動更新。建立文件或目錄的鏈接ln例：lnsourcetarget1建立source文件(已存在)的硬鏈接,命名為target1ln-ssourcetarget2建立source文件的符號鏈接，命名為target2以下是幾個常用命令操作的截圖：

四、設(shè)計思想當(dāng)計算機中兩個或多個進程在執(zhí)行時需要使用公用緩沖區(qū)，并且對該緩沖區(qū)采取了互斥措施。這時如果并發(fā)執(zhí)行這些進程就會造成CPU的極大浪費，這是操作系統(tǒng)設(shè)計要求不允許的。而這種現(xiàn)象在操作系統(tǒng)和用戶進程中大量存在。因此為了解決這一問題，提出了同步的概念，即把異步環(huán)境下的一組并發(fā)進程，因直接制約而互相發(fā)送消息、互相合作、互相等待，使得各進程按一定的速度執(zhí)行的過程稱為進程間的同步。在本次設(shè)計中，爸爸與媽媽、兒子與女兒的進程操作是互斥的，但是爸爸與女兒、媽媽與兒子進程之間的操作是同步的。因此要利用進程同步的方法來實現(xiàn)這幾者之間的操作，當(dāng)然其中也包含著互斥進程，因為盤子每次只能放入或取出一個水果。程序設(shè)計中有如下四個進程：father()，mother()，daughter。，son()。五、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、信號量semid_mutex作為進程的公有信號量，其初始值為1,可以實現(xiàn)進程間的互斥，同時可以表示當(dāng)前狀態(tài)下盤子里可以放幾個水果，實現(xiàn)進程間的同步。2、信號量semid_full1為進程father()與daughter。的私有信號量，初值為0，表示當(dāng)前盤子里蘋果的數(shù)目。3、信號量semid_full2為進程mother()與son()的私有信號量，初值為0，表示當(dāng)前盤子里橘子的數(shù)目。六、設(shè)計流程爸爸放蘋果流程圖：媽媽放橘子流程圖:兒子吃橘子流程圖:女兒吃蘋果流程圖:七、源代碼#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<time.h>#include<sys/wait.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include<sys/sem.h>#include<errno.h>#include<signal.h>#include<string.h>#defineSHMKEY9090/*共享存儲區(qū)的鍵*/#defineSEMKEY_EMPTY9091#defineSEMKEY_MUTEX9092#defineSEMKEY_FULL19093#defineSEMKEY_FULL29094/*信號量數(shù)組的鍵*//*注意:上面的鍵在系統(tǒng)中必須唯一*/#defineBUFF_LEN早*緩沖區(qū)可以存放10個產(chǎn)品*/#definePRODUCT_LEN1/*每個產(chǎn)品是一個字符串:<=32字符*/voidset_sembuf_struct(structsembuf*sem,intsemnum,intsemop,intsemflg)/*設(shè)置信號量結(jié)構(gòu)*/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;/*開辟共享存儲區(qū)*/if((shmid=shmget(SHMKEYBUFF_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'){/*共享存儲區(qū)、信號量并不隨程序的結(jié)束而被刪除如果我們沒刪除的話，可以用ipcs命令查看，用ipcrm刪除*//*釋放緩沖區(qū)*/shmid=shmget(SHMKEYBUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3,0777);if(shmctl(shmid,IPC_RMID,0)<0)perror("shmctl:falsed");/*同時釋放信號量*/semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*獲取全局信號量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);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);}}elseprintf("FailToCreateBuffer!\n");return-1;}addr=(char*)shmat(shmid,0,0);/*連接緩沖區(qū)*/memset(addr,0,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+3);〃初始化存儲區(qū)為0shmdt(addr);/*離開緩沖區(qū)*//*創(chuàng)建3個信號量:1個用于對緩沖區(qū)互斥,2個用于生產(chǎn)者、消費者同步*/if((semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){if(errno==EEXIST)printf("TheSEMKEY_MUTEXHasExisted!\n");elseprintf("FailToCreateSEMKEY_MUTEX!\n");return-1;}if((semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1){if(errno==EEXIST)printf("TheSEMKEY_EMPTYHasExisted!\n");elseprintf("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");elseprintf("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");elseprintf("FailToCreateSEM_FULL2!\n");return-1;}/*給信號量賦初值*/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是對系統(tǒng)調(diào)用的簡單封裝*/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參見課件ppt*/{perror("p(semid)falsed");exit(1);}elsereturn0;}intV(intsemid){structsembufv_buf;/*struct參見課件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);}elsereturn0;}intfather()intsemid_empty,semid_full1,semid_full2,semid_mutex;/*信號量集合id*/intrc1,rc2,rc3;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*獲取全局信號量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);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;〃不能放具U等待}if(rc2==0){return1;}P(semid_empty);/*對私有信號量作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;/*信號量集合id*/intrc1,rc2,rc3;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*獲取全局信號量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);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Ureturn1;}elseif(rc2==0){return1;}P(semid_empty);/*對私有信號量作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;/*信號量集合id*/intrc1,rc2;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*獲取全局信號量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);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;〃不能放具U等待}P(semid_full2);/*對私有信號量作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;/*信號量集合id*/intrc1,rc2,rc3;semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);/*獲取全局信號量id*/semid_empty=semget(SEMKEY_EMPTY1,0777);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(rc2==0){return1;〃不能放具U等待}P(semid_full1);P(semid_mutex);printf("SUM:%dapplesand%doranges\n",rc2,rc1);printf("thereis%dapplestoget\n",rc2);printf("GETANAPPLE\n");V(semid_empty);V(semid_mutex);return0;}intmain(){intpid;inti=0,x;begin();pid=fork();if(fork()==0){father();}if(fork()==0){mother();}if(fork()==0){daughter();}if(fork()==0){son();return0;}八、調(diào)試與運行首先，利用g++ks.cpp編譯一次，若有錯誤，則根據(jù)錯誤提示對程序進行修改。其次，編譯通過后執(zhí)行./a.out，若原先已有共享緩沖區(qū)，則刪除原先緩沖區(qū)，再創(chuàng)建新的共享緩沖區(qū).，然后再次執(zhí)行./a.out,觀察系統(tǒng)進程調(diào)度。運行結(jié)果如下:.nyhd^yhd:*yhd^yhd:-*S./a.outTheBufferHasExisted!DoYouwantToDeleteTheBuffer(Y=yes)?p(sentd)falsed:Invalidargunentp(senid)falsed:Invalidargunentyhdgyhd:-$p{semtd}falsed:Invalidargumentp(sentd)falsed:invalidargumentp(semtd)falsed:Invalidargumentp(senld)falsed:Invalidargumentp(semid)falsed：Invalidargumentp(sentd)falsed:Invaltdargumentyhd§yhd:-5.ya.outfather:thereLs5placestoputappletfather:PUTANAPLLEfatheridaughtercanget1applesmother：thereIs4placestoputorangesmother:PUTANORANGEHImother:$ancanget1orangesyhd^yhd:-5daughter:thereIs1applestogetdaughter：GETANAPPLEson:thereis1orangestogetson：GETAMORAFIGEI!1yhd^yhd:-$./a.outfather：thereisyhd^yhd:-$./a.outfather：thereisSplacestoputapplesfathertPUTANAPLLEfather:daughtercanget1applesmother:therets4placestoputmother:PUTANORANGE111mother:soncanget1orangesyhd@yhd:~$daughterrthereis1daughter：CETMAPPLEson:thereis1orangestogetson：CETANORANGEJ!Imother:theretsSplacestoputrtQther：PUTANORANGE!t1nother:sontenget1orangesson:thereis1orangestogetson:CETANORANGEJ!Imother:t