1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 姓名： 劉 柯 學(xué)號(hào)： 2 日期： 2014.9.21 一、 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容調(diào)用linux系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程的創(chuàng)建、進(jìn)程間同步與互斥。二、課程設(shè)計(jì)目的1、加深對(duì)進(jìn)程概念的理解，明確進(jìn)程和程序的區(qū)別2、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)并發(fā)執(zhí)行的實(shí)質(zhì)3、分析進(jìn)程競爭資源現(xiàn)象，學(xué)習(xí)解決進(jìn)程互斥的方法4、了解Linux系統(tǒng)中進(jìn)程通信的基本原理三、課程設(shè)計(jì)題目1 進(jìn)程的創(chuàng)建u 任務(wù)：編寫一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)用fork( )創(chuàng)建兩個(gè)子進(jìn)程，這樣在此程序運(yùn)行時(shí)，在系統(tǒng)中就有一個(gè)父進(jìn)程和兩個(gè)子進(jìn)程在活動(dòng)。 讓每一個(gè)進(jìn)程在屏幕上顯示一個(gè)字符：父進(jìn)程顯示字符a，自進(jìn)程分別顯示字符b和字符c。

2、試觀察、記錄并分析屏幕上進(jìn)程調(diào)度的情況。如果在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用nice( )來改變各進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？u 程序：/ 文件process1.cpp#include#include#includeusing namespace std;int main()pid_t pid1, pid2; /兩個(gè)子進(jìn)程變量/創(chuàng)建進(jìn)程pid1if (pid1 = fork() /pid1！0，是父進(jìn)程/創(chuàng)建進(jìn)程pid2if (pid2 = fork() /pid2！0, 是父進(jìn)程，輸出acoutaendl; else /子進(jìn)程pid2輸出ccoutcendl;else /子進(jìn)程pid1輸出bcoutb

3、endl;return 0;u 運(yùn)行結(jié)果： 從運(yùn)行結(jié)果來看，只出現(xiàn)了acb。并且最先執(zhí)行了父進(jìn)程，父進(jìn)程return之后，兩個(gè)子進(jìn)程才開始執(zhí)行。原因是fork() 函數(shù)創(chuàng)建進(jìn)程的時(shí)間多于輸出一個(gè)字符的時(shí)間，所以主進(jìn)程輸出字符a的時(shí)候（輸出a之后就return了），兩個(gè)子進(jìn)程都還在創(chuàng)建當(dāng)中。 而從進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行來看，輸出acb和abc都是有可能。2 . 進(jìn)程的控制u 任務(wù)：修改已編制的程序，將每個(gè)進(jìn)程輸出一個(gè)字符修改為每個(gè)進(jìn)程輸出一句話，再觀察程序執(zhí)行時(shí)屏幕上出現(xiàn)的現(xiàn)象。并分析出現(xiàn)問題的原因。進(jìn)一步理解各個(gè)進(jìn)程爭奪臨界資源的情況。如果在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用lockf( )來給每一個(gè)進(jìn)程加鎖，可以實(shí)現(xiàn)

4、進(jìn)程之間的互斥，試觀察并分析出現(xiàn)的現(xiàn)象。u 程序：/文件process2.cpp#include#include#include#includeusing namespace std;int main()pid_t pid1, pid2; /兩個(gè)子進(jìn)程變量/創(chuàng)建進(jìn)程pid1if (pid1 = fork() /pid1！0, 是父進(jìn)程/創(chuàng)建進(jìn)程pid2if (pid2 = fork() /pid2！0, 是父進(jìn)程lockf(1, 1, 0); /上鎖coutI am the father process endl;lockf(1, 0, 0); /解鎖else /子進(jìn)程pid2lockf(1,

5、 1, 0);coutI am the kid process 2endl;lockf(1, 0, 0);else /子進(jìn)程pid1lockf(1, 1, 0);coutI am the kid process 1 endl;lockf(1, 0, 0);return 0;u 運(yùn)行結(jié)果： 運(yùn)行結(jié)果和第一題類似，說明使用fork() 函數(shù)創(chuàng)建進(jìn)程的速度非常慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于輸出一段字符串的時(shí)間。cout輸出字符串是連續(xù)的，因此字符串內(nèi)部的字符順序輸出，不會(huì)被打亂。但是由于進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)的調(diào)度順序和多進(jìn)程搶占處理機(jī)的問題，輸出字符串的順序可能會(huì)有所不同。另外，不同進(jìn)程之間不存在共享臨界資源（打印機(jī)的互斥

6、性已經(jīng)由操作系統(tǒng)保證），所以加鎖和不加鎖的效果相同，故此只列出加鎖時(shí)的運(yùn)行結(jié)果。3 進(jìn)程的軟中斷通訊u 任務(wù)：編制一段程序，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的軟中斷通訊：使用系統(tǒng)調(diào)用fork( )創(chuàng)建兩個(gè)子進(jìn)程；再使用系統(tǒng)調(diào)用。signal( )讓父進(jìn)程捕捉鍵盤上來的中斷信號(hào)（即按Del鍵）；在捕捉到中斷信號(hào)后，父進(jìn)程用系統(tǒng)調(diào)用kill( )向兩個(gè)子進(jìn)程發(fā)信號(hào)；子進(jìn)程捕捉到信號(hào)后分別輸出下列信息后終止：child process1 is killed by parent!child process2 is killed by parent!父進(jìn)程等待兩個(gè)子進(jìn)程都終止以后，輸出如下信息后終止:parent proces

7、s in killed!u 程序流程圖：u 程序：這段程序處理的難點(diǎn)是讓父進(jìn)程一直保持運(yùn)行狀態(tài)來等待中斷信號(hào)。 程序運(yùn)行都是快速的，往往用戶還沒來得及發(fā)送中斷信號(hào)，就已經(jīng)執(zhí)行完畢了。本程序設(shè)置了一個(gè)等待標(biāo)志變量flag。程序開始時(shí)，父進(jìn)程用signal( ) 指定中斷處理函數(shù)為fun( )。然后讓flag = 1，并定義一個(gè)函數(shù)waiting( ) 以flag = 1為條件無限循環(huán)，達(dá)到等待的目的。當(dāng)用戶發(fā)出中斷指令（按DEL鍵），fun( ) 函數(shù)讓flag = 0。此時(shí)waiting( ) 函數(shù)不滿足flag =1，循環(huán)結(jié)束。程序繼續(xù)向下執(zhí)行，父進(jìn)程用kill( ) 向子進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，并使

8、用wait(0)進(jìn)入等待。子進(jìn)程用同樣的方式等待父進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，收到信號(hào)并輸出字符串后用exit(0) 自動(dòng)結(jié)束。當(dāng)兩個(gè)子進(jìn)程都結(jié)束后，父進(jìn)程輸出字符串后程序結(jié)束。/文件process3.cpp#include#include#include#include#include#includeusing namespace std;static int flag; /全局變量flag作為等待標(biāo)志，“0”表示不等待，“1”表示等待void fun(int sig) /信號(hào)處理函數(shù)，收到信號(hào)置flag為0flag = 0;void waiting() /自定義等待函數(shù)，flag!=0時(shí)無限循環(huán)whil

9、e(flag != 0);int main()pid_t pid1, pid2; /兩個(gè)子進(jìn)程變量if (pid1 = fork()if (pid2 = fork()/父進(jìn)程flag = 1; /設(shè)置等待標(biāo)志為“1”signal(SIGINT, fun); /用fun函數(shù)處理“DEL”信號(hào)coutwaiting the signal.endl;waiting(); /無限循環(huán)，直到用戶輸入信號(hào)kill(pid1, 2); /向子進(jìn)程pid1發(fā)出信號(hào)“2”，該信號(hào)可以任意kill(pid2, 2); /向子進(jìn)程pid2發(fā)出信號(hào)“2”，該信號(hào)可以任意wait(0); /等待子進(jìn)程結(jié)束wait(0)

10、; /等待子進(jìn)程結(jié)束coutParent Process is Killed!endl;else/子進(jìn)程pid2, 處理方式同父進(jìn)程flag = 1;signal(2, fun);waiting();coutChild Process2 is Killed by Parent!endl;exit(0); /子進(jìn)程結(jié)束else/子進(jìn)程pid1，處理方式同父進(jìn)程flag = 1;signal(2, fun);waiting();coutChild Process1 is Killed by Parent!endl;exit(0); /子進(jìn)程結(jié)束return 0;u 運(yùn)行結(jié)果： 本段程序用軟中斷實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程間的通信（父進(jìn)程和子進(jìn)程）。運(yùn)行結(jié)果顯示，兩個(gè)子進(jìn)程執(zhí)行的順序有先有后，是隨機(jī)的。在按DEL鍵之前，程序一直處于等待之中，從圖片最后的光標(biāo)可以看出程序在等待用戶輸入，并用有友好的方式進(jìn)行了提醒：waiting the signal.四、課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)的程序需要在Linux環(huán)境下編程，所以我額外地學(xué)習(xí)了在windows系統(tǒng)下安裝虛擬機(jī)模擬Linux環(huán)境來編程的方法。在寫代碼的過程中，以前有些生疏的地方也熟悉了起來，果然還是實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)。這次實(shí)驗(yàn)我掌握了在Linux系統(tǒng)下編