实验二进程同步
实验二进程同步演示
一、实验目的
?深入掌握进程同步机制——信号量的应用；
?掌握Windows编程中信号量机制的使用方法；
?可进行简单的信号量应用编程。
二、实验工具
Windows系统+ VC++ 6.0
三、实验内容
1、复习教材上信号量机制的定义与应用，复习经典进程同步问题——生产者消费者问题及其同步方案；
2、验证后附的参考代码pc.cpp（生产者消费者问题）,掌握Windows系统中信号量的定义与使用方法；
注意：
（1）代码中生产者和消费者所做的工作用过程Producer和Consumer描述，并通过创建线程的方法创建3个生产者线程和1个消费者线程，具体创建方法：CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);其中第3个参数就是指定该线程所做的工作为过程Producer；
（2）问题中设置了三个信号量g_hMutex（用于互斥访问临界区buffer）、
g_hFullSemaphore、g_hEmptySemaphore（用于控制同步的资源信号量），先声明，再定义，最后使用。互斥信号量和资源信号量的定义方法不同：
g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); 互斥信号量最开始没有指定针对那个资源g_hFullSemaphore =
CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL); 其中第2和3个参数为信号量的初始值和最大值
信号量的使用方法：WaitForSingleObject为信号量的P操作，每对一个信号量执行该操作，则信号量值减1，并判断减1后值是否仍大于等于0，如是则该操作成功，否则进程阻塞；ReleaseSemaphore为信号量的V操作，每执行一次将该信号量的值加1，并起到唤醒作用。如：
WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);
…
ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);
3、在2的基础上编写Windows下父亲儿子女儿放取水果进程同步的演示程序。
（问题描述：桌上有一空盘，最多允许存放一个水果。爸爸可向盘中放一个苹果或放一个桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃苹果。试用P、V操作实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。提示：设置一个信号量表示可否向盘中放水果，一个信号量表示可否取桔子，一个信号量表示可否取苹果。）
4、撰写实验报告
参考代码：
// pc.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include
#include
const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; //缓冲区长度
unsigned short ProductID = 0; //产品号
unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号
unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标
unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标
int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列
bool g_continue = true; //控制程序结束
HANDLE g_hMutex; //用于线程间的互斥
HANDLE g_hFullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待
HANDLE g_hEmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待
DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程
int main()
{
//创建各个互斥信号
g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
g_hFullSemaphore =
CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);
g_hEmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);
//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，
//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待
const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数
const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数
//总的线程数
const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT; HANDLE hThreads[THREADS_COUNT]; //各线程的handle
DWORD producerID[PRODUCERS_COUNT]; //生产者线程的标识符
DWORD consumerID[CONSUMERS_COUNT]; //消费者线程的标识符
//创建生产者线程
for (int i=0;i hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]); if (hThreads[i]==NULL) return -1; } //创建消费者线程 for (i=0;i hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i ]); if (hThreads[i]==NULL) return -1; } while(g_continue){ if(getchar()){ //按回车后终止程序运行 g_continue = false; } } return 0; } //生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号 void Produce() { std::cerr << "Producing " << ++ProductID << " ... "; std::cerr << "Succeed" << std::endl; } //把新生产的产品放入缓冲区 void Append() { std::cerr << "Appending a product ... "; g_buffer[in] = ProductID; in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER; std::cerr << "Succeed" << std::endl; //输出缓冲区当前的状态 for (int i=0;i std::cout << i <<": " << g_buffer[i]; if (i==in) std::cout << " <-- 生产"; if (i==out) std::cout << " <-- 消费"; std::cout << std::endl; } } //从缓冲区中取出一个产品 void Take() { std::cerr << "Taking a product ... "; ConsumeID = g_buffer[out]; out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER; std::cerr << "Succeed" << std::endl; //输出缓冲区当前的状态 for (int i=0;i std::cout << i <<": " << g_buffer[i]; if (i==in) std::cout << " <-- 生产"; if (i==out) std::cout << " <-- 消费"; std::cout << std::endl; } } //消耗一个产品 void Consume() { std::cerr << "Consuming " << ConsumeID << " ... "; std::cerr << "Succeed" << std::endl; } //生产者 DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara) { while(g_continue){ WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); Produce(); Append(); Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); } return 0; } //消费者 DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) { while(g_continue){ WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); Take(); Consume(); Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL); } return 0; } 实验二（2）进程同步 一、实验目的 1、生产者-消费者问题是很经典很具有代表性的进程同步问题，计算机中的很多同步问题都可抽象为生产者-消费者问题，通过本实验的练习，希望能加深学生对进程同步问题的认识与理解。 2、熟悉VC的使用，培养和提高学生的分析问题、解决问题的能力。 二、实验内容及其要求 1．实验内容 以生产者/消费者模型为依据，创建一个控制台进程，在该进程中创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。 2．实验要求 学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则；设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥； 三、实验算法分析 1、实验程序的结构图（流程图）； 2、数据结构及信号量定义的说明； (1) CreateThread ●功能——创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程 ●格式 HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParamiter, DWORD dwCreationFlags, Lpdword lpThread ); ●参数说明 lpThreadAttributes——指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES(新线程的安全性描述符)。dwStackSize——定义原始堆栈大小。 lpStartAddress——指向使用LPTHRAED_START_ROUTINE类型定义的函数。 lpParamiter——定义一个给进程传递参数的指针。 dwCreationFlags——定义控制线程创建的附加标志。 lpThread——保存线程标志符(32位) (2) CreateMutex ●功能——创建一个命名或匿名的互斥量对象 ●格式 HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, BOOL bInitialOwner, LPCTSTR lpName); bInitialOwner——指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马 ●参数说明 lpMutexAttributes——必须取值NULL。上加锁)。 lpName——互斥量名称。 (3) CreateSemaphore ●功能——创建一个命名或匿名的信号量对象 ●格式 HANDLE CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, LONG lInitialCount, LONG lMaximumCount, LPCTSTR lpName ); ●参数说明 lpSemaphoreAttributes——必须取值NULL。 实验三：进程同步实验 一、实验任务： (1)掌握操作系统的进程同步原理； (2)熟悉linux的进程同步原语； (3 )设计程序，实现经典进程同步问题。 二、实验原理： (1)P、V操作 PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程) ，对信号量进行操作，具体定义如下： P( S):①将信- 号量S的值减1,即S=S-1; ②如果S30，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。 V( S):①将信号量S的值加1,即S=S+1 ； ②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。 (2)信号量 信号量(semaphore )的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的 值仅能由PV操作来改变。 一般来说，信号量S30时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一 个单位资源，因此S的值减1;当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S 的值加1;若S均，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。 (3)linux的进程同步原语 ①wait();阻塞父进程，子进程执行； ②#in clude 实验二：进程同步 一．实验目的 （1）掌握基本的同步算法，理解生产者消费者模型。 （2）学习使用Windows XP中基本的同步对象，掌握相关API的使用方法。 （3）了解Windows XP中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。 二．实验属性 该实验为设计性实验。 三．实验仪器设备及器材 普通PC386以上微机 四．实验要求 本实验要求2学时完成。 本实验要求完成如下任务： （1）以生产者/消费者模型为依据，在Windows XP环境下创建一个控制台进程，在该进程中创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。 学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则； 学习了解Windows同步对象及其特性； 熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法； 设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥。 （2）扩展任务2选1： 1>利用信号量机制，写出不会发生死锁的解决哲学家进程(线程)。 最多允许4个同时进餐；奇：先左后右偶：先右后左。 2>利用信号量机制，写出不会发生死锁的读者写者进程(线程)。五：实验内容： 利用至多同时允许4位哲学家同时去拿左边筷子的方法解决进餐死锁的问题。 实验详细设计：流程图: 程序首先创建一个线程参数结构体 struct ThreadInfo { int serial; double delay; }; 设置最多同时去拿筷子的人数#define MAX_BUFFER_NUM 4 设置一个信号量数组用来表示五位哲学家的左右边的筷子HANDLE chopstick [5]; 设置同时去拿筷子的人数的信号量HANDLE People; 设置一个互斥信号量HANDLE h_mutex; 在main()函数中，首先创建信号量： for (int i=0;i<5;i++) { chopstick[i]=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Criti cal,"chopstick"+i); } People=CreateSemaphore(NULL,MAX_BUFFER_NUM,MAX_BUFFER _NUM,"People"); 实验一进程管理 一、目的 进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验加深理解有关进程控制块、进程队列的概念，并体会和了解进程调度算法的具体实施办法。 二、实验内容及要求 1、设计进程控制块PCB的结构（PCB结构通常包括以下信息：进程名（进程ID）、进程优先数、轮转时间片、进程所占用的CPU时间、进程的状态、当前队列指针等。可根据实验的不同，PCB结构的内容可以作适当的增删）。为了便于处理，程序中的某进程运行时间以时间片为单位计算。各进程的轮转时间数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。 2、系统资源(r1…r w),共有w类，每类数目为r1…r w。随机产生n进程P i(id,s(j,k)，t),0<=i<=n,0<=j<=m,0<=k<=dt为总运行时间，在运行过程中，会随机申请新的资源。 3、每个进程可有三个状态（即就绪状态W、运行状态R、等待或阻塞状态B），并假设初始状态为就绪状态。建立进程就绪队列。 4、编制进程调度算法：时间片轮转调度算法 本程序用该算法对n个进程进行调度，进程每执行一次，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。在调度算法中，采用固定时间片（即：每执行一次进程，该进程的执行时间片数为已执行了1个单位），这时，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1，并排列到就绪队列的尾上。 三、实验环境 操作系统环境：Windows系统。 编程语言：C#。 四、实验思路和设计 1、程序流程图 2、主要程序代码 //PCB结构体 struct pcb { public int id; //进程ID public int ra; //所需资源A的数量 public int rb; //所需资源B的数量 public int rc; //所需资源C的数量 public int ntime; //所需的时间片个数 public int rtime; //已经运行的时间片个数 public char state; //进程状态，W（等待）、R（运行）、B（阻塞） //public int next; } ArrayList hready = new ArrayList(); ArrayList hblock = new ArrayList(); Random random = new Random(); //ArrayList p = new ArrayList(); int m, n, r, a,a1, b,b1, c,c1, h = 0, i = 1, time1Inteval;//m为要模拟的进程个数，n为初始化进程个数 //r为可随机产生的进程数（r=m-n） //a，b，c分别为A，B，C三类资源的总量 //i为进城计数，i=1…n //h为运行的时间片次数，time1Inteval为时间片大小（毫秒） //对进程进行初始化，建立就绪数组、阻塞数组。 public void input()//对进程进行初始化，建立就绪队列、阻塞队列 { m = int.Parse(textBox4.Text); n = int.Parse(textBox5.Text); a = int.Parse(textBox6.Text); b = int.Parse(textBox7.Text); c = int.Parse(textBox8.Text); a1 = a; b1 = b; c1 = c; r = m - n; time1Inteval = int.Parse(textBox9.Text); timer1.Interval = time1Inteval; for (i = 1; i <= n; i++) { pcb jincheng = new pcb(); jincheng.id = i; jincheng.ra = (random.Next(a) + 1); jincheng.rb = (random.Next(b) + 1); jincheng.rc = (random.Next(c) + 1); jincheng.ntime = (random.Next(1, 5)); jincheng.rtime = 0; 山东大学操作系统实验报告4进程同步实验 计算机科学与技术学院实验报告 实验题目：实验四、进程同步实验学号： 日期：20120409 班级：计基地12 姓名： 实验目的： 加深对并发协作进程同步与互斥概念的理解，观察和体验并发进程同步与互斥 操作的效果，分析与研究经典进程同步与互斥问题的实际解决方案。了解 Linux 系统中 IPC 进程同步工具的用法，练习并发协作进程的同步与互斥操作的编程与调试技术。 实验内容： 抽烟者问题。假设一个系统中有三个抽烟者进程，每个抽烟者不断地卷烟并抽烟。抽烟者卷起并抽掉一颗烟需要有三种材料：烟草、纸和胶水。一个抽烟者有烟草，一个有纸，另一个有胶水。系统中还有两个供应者进程，它们无限地供应所有三种材料，但每次仅轮流提供三种材料中的两种。得到缺失的两种材料的抽烟者在卷起并抽掉一颗烟后会发信号通知供应者，让它继续提供另外的两种材料。这一过程重复进行。请用以上介绍的 IPC 同步机制编程，实现该问题要求的功能。 硬件环境： 处理器：Intel? Core?i3-2350M CPU @ 2.30GHz ×4 图形：Intel? Sandybridge Mobile x86/MMX/SSE2 内存：4G 操作系统：32位 磁盘：20.1 GB 软件环境： ubuntu13.04 实验步骤： （1）新建定义了producer和consumer共用的IPC函数原型和变量的ipc.h文件。 （2）新建ipc.c文件，编写producer和consumer 共用的IPC的具体相应函数。 （3）新建Producer文件，首先定义producer 的一些行为，利用系统调用，建立共享内存区域，设定其长度并获取共享内存的首地址。然后设定生产者互斥与同步的信号灯，并为他们设置相应的初值。当有生产者进程在运行而其他生产者请求时，相应的信号灯就会阻止他，当共享内存区域已满时，信号等也会提示生产者不能再往共享内存中放入内容。 （4）新建Consumer文件，定义consumer的一些行为，利用系统调用来创建共享内存区域，并设定他的长度并获取共享内存的首地址。然后设定消费者互斥与同步的信号灯，并为他们设置相应的初值。当有消费进程在运行而其他消费者请求时，相应的信号灯就会阻止它，当共享内存区域已空时，信号等也会提示生产者不能再从共享内存中取出相应的内容。 运行的消费者应该与相应的生产者对应起来，只有这样运行结果才会正确。 实验题目进程的创建小组合作否姓名班级学号 一、实验目的 1、了解进程的创建。 2、了解进程间的调用以及实现。 3、分析进程竞争资源的现象，学习解决互斥的方法。 4、加深对进程概念的理解，认识并发执行的本质。 二．实验环境 Windows 系统的计算机一台，安装了Linux虚拟机 三、实验内容与步骤 1、fork（）系统调用的使用例子 程序代码： #include wait(0); printf("parent process doesn't change the glob and loc:\n"); printf("glob=%d,loc=%d\n",glob,loc); exit(0); } 运行结果： 2、理解vofork（）调用： 程序代码： #include 实验二进程同步演示 一、实验目的 ?深入掌握进程同步机制——信号量的应用； ?掌握Windows编程中信号量机制的使用方法； ?可进行简单的信号量应用编程。 二、实验工具 Windows系统+ VC++ 6.0 三、实验内容 1、复习教材上信号量机制的定义与应用，复习经典进程同步问题——生产者消费者问题及其同步方案； 2、验证后附的参考代码pc.cpp（生产者消费者问题）,掌握Windows系统中信号量的定义与使用方法； 注意： （1）代码中生产者和消费者所做的工作用过程Producer和Consumer描述，并通过创建线程的方法创建3个生产者线程和1个消费者线程，具体创建方法：CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);其中第3个参数就是指定该线程所做的工作为过程Producer； （2）问题中设置了三个信号量g_hMutex（用于互斥访问临界区buffer）、 g_hFullSemaphore、g_hEmptySemaphore（用于控制同步的资源信号量），先声明，再定义，最后使用。互斥信号量和资源信号量的定义方法不同： g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); 互斥信号量最开始没有指定针对那个资源g_hFullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL); 其中第2和3个参数为信号量的初始值和最大值 信号量的使用方法：WaitForSingleObject为信号量的P操作，每对一个信号量执行该操作，则信号量值减1，并判断减1后值是否仍大于等于0，如是则该操作成功，否则进程阻塞；ReleaseSemaphore为信号量的V操作，每执行一次将该信号量的值加1，并起到唤醒作用。如： WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); … ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); 操作系统 实验报告 哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 一、实验概述 1. 实验名称 进程的同步 2. 实验目的 ⑴使用EOS的信号量，编程解决生产者 消费者问题，理解进程同步的意义。 ⑵调试跟踪EOS信号量的工作过程，理解进程同步的原理。 ⑶修改EOS的信号量算法，使之支持等待超时唤醒功能（有限等待），加深理解进程同步的原理。 3. 实验类型 验证+设计 4. 实验内容 ⑴准备实验 ⑵使用EOS的信号量解决生产者－消费者问题 ⑶调试EOS信号量的工作过程 ①创建信号量 ②等待释放信号量 ③等待信号量（不阻塞） ④释放信号量（不唤醒） ⑤等待信号量（阻塞） ⑥释放信号量（唤醒） ⑷修改EOS的信号量算法 二、实验环境 WindowsXP + EOS集成实验环境 三、实验过程 1. 设计思路和流程图 图4-1.整体试验流程图 图4-2.Main 函数流程图、生产者消费、消费者流程图 2. 算法实现 3. 需要解决的问题及解答 (1). 思考在ps/semaphore.c 文件内的PsWaitForSemaphore 和PsReleaseSemaphore 函数中，为什么要使用原子操作？ 答：在执行等待信号量和释放信号量的时候，是不允许cpu响应外部中断的，如果此时cpu响应了外部中断，会产生不可预料的结果，无法正常完成原子操作。 (2). 绘制ps/semaphore.c文件内PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函数的流程图。 (3).P143生产者在生产了13号产品后本来要继续生产14号产品，可此时生产者为什么必须等待消费者消费了4号产品后，才能生产14号产品呢？生产者和消费者是怎样使用同步对象来实现该同步过程的呢？ 答：这是因为临界资源的限制。临界资源就像产品仓库，只有“产品仓库”空闲生产者才能生产东西，有权向里面放东西。所以它必须等到消费者，取走产品，“产品空间”（临界资源）空闲时，才继续生产14号产品。 (4). 根据本实验3.3.2节中设置断点和调试的方法，自己设计一个类似的调试方案来验证消费者线程在消费24号产品时会被阻塞，直到生产者线程生产了24号产品后，消费者线程才被唤醒并继续执行的过程。 答：可以按照下面的步骤进行调试 (1) 删除所有的断点。 (2) 按F5启动调试。OS Lab会首先弹出一个调试异常对话框。 (3) 在调试异常对话框中选择“是”，调试会中断。 (4) 在Consumer函数中等待Full信号量的代码行（第173行）WaitForSingleObject(FullSemaphoreHandle, INFINITE); 添加一个断点。 (5) 在“断点”窗口（按Alt+F9打开）中此断点的名称上点击右键。 (6) 在弹出的快捷菜单中选择“条件”。 (7) 在“断点条件”对话框（按F1获得帮助）的表达式编辑框中，输入表达式“i == 24”。 (8) 点击“断点条件”对话框中的“确定”按钮。 (9) 按F5继续调试。只有当消费者线程尝试消费24号产品时才会在该条件断点处中断。 4. 主要数据结构、实现代码及其说明 修改PsWaitForSemaphore函数 if (Semaphore->Count>0){ Semaphore->Count--; flag=STATUS_SUCCESS; }//如果信号量大于零，说明尚有资源，可以为线程分配 else flag=PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds); KeEnableInterrupts(IntState); // 原子操作完成，恢复中断。 return flag; }//否则，说明资源数量不够，不能再为线程分配资源，因此要使线程等待 修改PsReleaseSemaphore函数 if (Semaphore->Count + ReleaseCount > Semaphore->MaximumCount) { 进程间通信实验报告 班级：10网工三班学生姓名：谢昊天学号：1215134046 实验目的和要求： 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。 实验内容与分析设计： （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。 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。（3）比较上述（1），（2）两种消息通信机制中数据传输的时间。 实验步骤与调试过程： 1.消息的创建，发送和接收： (1)先后通过fork( )两个子进程，SERVER和CLIENT进行通信。 (2)在SERVER端建立一个Key为75的消息队列，等待其他进程发来的消息。当遇到类型为1的消息，则作为结束信号，取消该队列，并退出SERVER 。SERVER每接收到一个消息后显示一句“(server)received”。 (3)CLIENT端使用Key为75的消息队列，先后发送类型从10到1的消息，然后退出。最后的一个消息，既是 SERVER端需要的结束信号。CLIENT每发送一条消息后显示一句“(client)sent”。 (4)父进程在 SERVER和 CLIENT均退出后结束。 2.共享存储区的创建,附接和断接： (1)先后通过fork( )两个子进程，SERVER和CLIENT进行通信。 (2)SERVER端建立一个KEY为75的共享区,并将第一个字节置为-1。作为数据空的标志.等待其他进程发来的消息.当该字节的值发生变化时,表示收到了该消息,进行处理.然后再次把它的值设为-1.如果遇到的值为0,则视为结束信号,取消该队列,并退出SERVER.SERVER 每接收到一次数据后显示”(server)received”. (3)CLIENT端建立一个为75的共享区,当共享取得第一个字节为-1时, Server端空闲,可发送请求. CLIENT 随即填入9到0.期间等待Server端再次空闲.进行完这些操作后, CLIENT退出. CLIENT每发送一次数据后显示”(client)sent”. (4)父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。 实验结果： 1．消息的创建，发送和接收： 由 Client 发送两条消息，然后Server接收一条消息。此后Client Server交替发送和接收消息。最后一次接收两条消息。Client 和Server 分别发送和接收了10条消息。message 的传送和控制并不保证完全同步,当一个程序不再激活状态的时候,它完全可能继续睡眠,造成上面现象。在多次send message 后才 receive message.这一点有助于理解消息转送的实现机理。 广州大学学生实验报告 开课学院及实验室：计算机科学与工程实验室 2015年11月11日 实验课 操作系统成绩 程名称 实验项 进程管理与进程通信指导老师陈康民目名称 (***报告只能为文字和图片,老师评语将添加到此处,学生请勿作答***) 进程管理 （一）进程的创建实验 一、实验目的 1、掌握进程的概念，明确进程的含义 2、认识并了解并发执行的实质 二、实验内容 1、编写一段程序，使用系统调用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'a'，子进程分别显示字符'b'和字符'c'。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。 2、修改上述程序，每一个进程循环显示一句话。子进程显示'daughter …'及'son ……'， 父进程显示'parent ……'，观察结果，分析原因。 三、实验步骤 1、编写一段程序，使用系统调用fork( )创建两个子进程。 代码： #include bca，bac, abc ,……都有可能。 2、修改上述程序，每一个进程循环显示一句话。子进程显示'daughter …'及'son ……'，父进程显示'parent ……'，观察结果，分析原因。 代码：#include 实验三进程的同步 一、实验目的 1、了解进程同步和互斥的概念及实现方法； 2、更深一步的了解fork()的系统调用方式。 二、实验内容 1、预习操作系统进程同步的概念及实现方法。 2、编写一段源程序，用系统调用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”。程序的输出是什么？分析原因。 3、阅读模拟火车站售票系统和实现进程的管道通信源代码，查阅有关进程创建、进程互斥、进程同步的系统功能调用或API，简要解释例程中用到的系统功能或API的用法，并编辑、编译、运行程序，记录程序的运行结果，尝试给出合理的解释。 4、（选做）修改问题2的代码，使得父子按顺序显示字符“a”；“b”、“c”编辑、编译、运行。记录程序运行结果。 三、设计思想 1、程序框架 （1）创建两个子进程：（2）售票系统： （3）管道通信： 先创建子进程，然后对内容加锁，将输出语句存入缓存，并让子进程自己进入睡眠，等待别的进程将其唤醒，最后解锁；第二个子进程也执行这样的过程。父进程等待子进程后读内容并输出。 （4）修改程序（1）：在子进程的输出语句前加上sleep()语句，即等待父进程执行完以后再输出。 2、用到的文件系统调用函数 （1）创建两个子进程：fork() （2）售票系统：DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpPartameter); CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL); CloseHandle(hThread1); (HANDLE)CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); Sleep(4000)（sleep调用进程进入睡眠状态(封锁), 直到被唤醒）; WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE); ReleaseMutex(hMutex); （3）管道通信：pipe(fd)，fd: int fd[2]，其中: fd[0] 、fd[1]文件描述符（读、写）; lockf( fd，function，byte)（fd: 文件描述符；function: 1: 锁定 0:解锁；byte: 锁定的字节数，0: 从当前位置到文件尾）; write(fd，buf，byte)、read(fd，buf，byte) （fd: 文件描述符；buf : 信息传送的源（目标）地址；byte: 传送的字节数）; sleep(5); exit(0); read(fd[0]，s，50) （4）修改程序（1）：fork(); sleep(); 四、调试过程 1、测试数据设计 （1）创建两个子进程： 实验二进程同步 一、实验目的： 掌握基本的同步算法，理解经典进程同步问题的本质；学习使用Linux的进程同步机制，掌握相关API的使用方法；能利用信号量机制，采用多种同步算法实现不会发生死锁的哲学家进餐程序。 二、实验平台： 虚拟机：VMWare9以上 操作系统：以上 编辑器：Gedit | Vim 编译器：Gcc 三、实验内容： （1）以哲学家进餐模型为依据，在Linux控制台环境下创建5个进程，用semget函数创建一个信号量集（5个信号量，初值为1），模拟哲学家的思考和进餐行为：每一位哲学家饥饿时，先拿起左手筷子，再拿起右手筷子；筷子是临界资源，为每一支筷子定义1个互斥信号量；想拿到筷子需要先对信号量做P操作，使用完释放筷子对信号量做V操作。 伪代码描述： semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}; ?第i位哲学家的活动可描述为： do{ printf("%d is thinking\n",i); printf("%d is hungry\n",i); wait(chopstick［i］); 当哲学家的左、右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐；b.至多只允许有4位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐；c.规定奇数号哲学家先拿起他左手的筷子，然后再拿起他右手的筷子，而偶数号哲学家则先拿起他右手的筷子，然后再拿起他左手的筷子。方法a在示例程序中给出，请用方法b和c写出不会发生死锁的哲学家进餐程序。 （3）设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥。在该程序中创建4个进程（或线程）模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。 实验四：进程的管道通信 实验题目 进程的管道通信 实验目的 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。学习进程创建的过程，进一步认识进程并发执行的实质。分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。学习解决进程同步的方法。掌握Linux系统中进程间通过管道通信的具体实现 实验内容 使用系统调用pipe()建立一条管道，系统调用fork()分别创建两个子进程，它们分别向管道写一句话，如： Child process1 is sending a message! Child process2 is sending a message! 父进程分别从管道读出来自两个子进程的信息，显示在屏幕上。 当然，仅仅通过屏幕上输出这两句话还不能说明实现了进程的管道通信，为了能够更好的证明和显示出进程的同步互斥和通信，在其中要加入必要的跟踪条件，如一定的输出语句等，来反映程序的并发执行情况 实验要求 这是一个设计型实验，要求自行、独立编制程序。两个子进程要并发执行。实现管道的互斥使用。当一个子进程正在对管道进行写操 作时，另一个欲写入管道的子进程必须等待。使用系统调用lockf(fd[1],1,0)实现对管道的加锁操作，用lockf(fd[1],0,0)解除对管道的锁定。实现父子进程的同步，当父进程试图从一空管道中读取数据时，便进入等待状态，直到子进程将数据写入管道返回后，才将其唤醒。 为了清楚的反应进程的同步，在子进程完成相应的操作后，调用sleep()函数睡眠一段时间（程序中定为3s）。父进程先执行wait()函数，当有子进程执行完毕后，会得到子进程的返回结果并清理子进程。若子进程没执行完，父进程一直执行wait()进行监听，知道有一个子进程执行完成为僵尸进程。 程序中用到的系统调用 因为程序时在linux系统上进行编写的，所以其中要利用到相关的linux提供的系统调用。 所用到的系统调用包含在如下头文件中。 #include 操作系统教程 实验指导书 实验一WINDOWS进程初识 1、实验目的 （1）学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application（控制台应用程序)。 （2）掌握WINDOWS API的使用方法。 （3）编写测试程序，理解用户态运行和核心态运行。 2、实验内容和步骤 （1）编写基本的Win32 Consol Application 步骤1：登录进入Windows，启动VC++ 6.0。 步骤2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location”处输入工程目录。创建一个新的控制台应用程序工程。 步骤3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。 步骤4：将清单1-1所示的程序清单复制到新创建的C/C++源程序中。编译成可执行文件。 步骤5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入Windows “命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的debug子目录，执行编译好的可执行程序：E:\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>hello.exe 运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： 答：运行成功，结果： （2）计算进程在核心态运行和用户态运行的时间 步骤1：按照（1）中的步骤创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，然后将清单1-2中的程序拷贝过来，编译成可执行文件。 步骤2：在创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，程序的参考程序如清单1-3所示，编译成可执行文件并执行。 步骤3：在“命令提示符”窗口中运行步骤1中生成的可执行文件，测试步骤2中可执行文件在核心态运行和用户态运行的时间。 E:\课程\os课\os实验\程序\os12\debug>time TEST.exe 步骤4：运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) 因为此程序是个死循环，所以运行时间为无穷大。_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 1．实验内容(进程的同步) (1) 阅读理解示例程序。 (2) 说明示例程序是否能适合解决 N 个生产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证 (3) 参照教材修改为 N 个生产者和 1 个消费者问题 (4) 思考 N 个生产者和 M 个消费者问题的解决方案(不要求) (5) 利用信号量解决同步问题。 2．实验目的 通过程序模拟及验证生产者消费者问题等经典问题，深入理解并发中的同步和互斥的概念 3．实验原理 (1)进程概念： (1.定义：程序的一次执行过程 ( 2.三种基本状态 :就绪状态，执行状态，阻塞状态 (2)进程同步： (1.定义：并发进程在执行次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执行有可再现性。 ( 2.两种形式的制约关系： (一：资源共享关系：进程间接制约，需互斥地访问临界资源。)、(二：相互合作关系：进程直接制约) (3.临界资源：一次仅允许一个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。 (3)信号量：定义一个用于表示资源数目的整型量S，它与一般的整型量不同，除初始化 外，仅能通过两个标准的原子操作 wait(S)和 signal(S)来访问，俗称 P,V操作。通俗来讲就是用P 来访问资源后减去一个单位资源，用 V 操作来释放一个单位资源就是现有资源上加一个单位资源。 4．实验内容一：说明示例程序是否能适合解决 N 个生产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证答：示例程序不能解决多个生产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和生产者的。如果可以就要修改代码，如“二”所说。 二：多个消费者和生产者的问题 生产者 1 如上图所示 ：如果要解决多个生产者和消费者的问题： 第一步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系 第 二步：异步关系的是生产者和生产者之间的， 因为同一时刻只能 有一个生产者 访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源 .获得 临界资源的生产者才能把产品 放到缓冲区里 第三步：同步关系有两个， 首先是生产者和缓冲区之间， 再是缓冲区和消费者之 间。他们都满足一前一后的关系， 即当缓冲区空间未满时， 生产者才可以放产品； 缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。 第四步：设计变量，用 C 语言编程，在 linux 上运行，观察结果。代码如下： #include 实验3 读者/写者问题与进程同步 实验目的 理解临界区和进程互斥的概念，掌握用信号量和PV操作实现进程互斥的方法。 实验要求 在linux环境下编写一个控制台应用程序，该程序运行时能创建N个线程（或者进程）， 其中既有读者线程又有写者线程，它们按照事先设计好的测试数据进行读写操作。请用信号 量和PV操作实现读者/写者问题。 读者/写者问题的描述如下： 有一个被许多进程共享的数据区，这个数据区可以是一个文件，或者主存的一块空间（比 如一个数组或一个变量），甚至可以是一组处理器寄存器。有一些只读取这个数据区的进程 （reader）和一些只往数据区中写数据的进程（writer）。以下假设共享数据区是文件。这 些读者和写者对数据区的操作必须满足以下条件：读—读允许；读—写互斥；写—写互斥。 这些条件具体来说就是： （1）任意多的读进程可以同时读这个文件； （2）一次只允许一个写进程往文件中写； （3）如果一个写进程正在往文件中写，禁止任何读进程或写进程访问文件； （4）写进程执行写操作前，应让已有的写者或读者全部退出。这说明当有读者在读文 件时不允许写者写文件。 对于读者-写者问题，有三种解决方法： 1、读者优先 除了上述四个规则外，还增加读者优先的规定，当有读者在读文件时，对随后到达的读 者和写者，要首先满足读者，阻塞写者。这说明只要有一个读者活跃，那么随后而来的读者 都将被允许访问文件，从而导致写者长时间等待，甚至有可能出现写者被饿死的情况。 2、写者优先 除了上述四个规则外，还增加写者优先的规定，即当有读者和写者同时等待时，首先满 足写者。当一个写者声明想写文件时，不允许新的读者再访问文件。 3、无优先 除了上述四个规则外，不再规定读写的优先权，谁先等待谁就先使用文件。 实验步骤 3.3.1 算法分析 1、错误的解法 使用临界资源的代码就构成临界区，为了对临 界区进行管理，只需设置一个互斥信号量 r_w_w，读或者写之前执行P(r_w_w)，之后执 行V(r_w_w)即可，从而得到图3-1所示的算法 描述。 该方法虽然能满足读—写互斥和写—写互斥，但是不满足读—读允许，只要有一个读者实验二(1)进程同步
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