江苏大学操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现

《江苏大学操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江苏大学操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 .操作系统课程设计Linux系统管理实践与进程通信实现班级网络10 学号 31006100姓名YHD 指导老师詹 永 照 二零一三年一月八号一、设计容 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Linux Torvalds开发了这个操作系统的核心部分，因为是Linux改良的mi

2、nix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，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）对应用程序使用的存进行保护4）按需取盘5

3、）共享存页面6）使用分页技术的虚拟存7）优秀的磁盘缓冲调度功能8）动态共享库9）支持伪终端设备10）支持多个虚拟控制台11）支持多种CPU12）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 home directory，由系统管理员设定。符号代表自己的home directory，例如 /myfile 是指自己hom

4、e目录下myfile这个文件。Linux的通配符有三种：*和?用法与DOS一样，-代表区间的任一字符，如test0-5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与其类型ls -l 显示目录下所有文件的许可权、拥有者、文件大小、修改时间与名称ls -lg 同上ls -R 显示出该目录与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

5、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： mkdir directory-name例： mkdir dir1 (新建一名为dir1的目录)（3）删除目录 rmdir执行格式： rmdir directory-name 或 rm directory-name例：rmdir dir1 删除目录dir1，但它必须是空目录，否则无法删除 rm -r dir1 删除目录dir1与其下所有文件与子目录rm -rf dir1 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

6、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working directorycd dir1 改变目录位置，至dir1目录 cd user 改变目录位置，至用户的working directory 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（Full path） 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：du d

7、ir1 显示目录dir1与其子目录容量（以kb为单位） du -s dir1 显示目录dir1的总容量（7）显示环境变量 echo $HOME 显示家目录 echo $PATH 显示可执行文件搜索路径 env 显示所有环境变量(可能很多,最好用env|more,env|grep PATH等)（8）修改环境变量，在bash下用export,如： export PATH=$PATH:/usr/local/bin想知道export的具体用法，可以用shell的help命令：help export2、文件操作（1）查看文件(可以是二进制的)容 cat执行格式：cat filename或more fil

8、ename 或cat filename|more例： cat file1 以连续显示方式，查看文件file1的容more file1 或 cat file1|more 以分页方式查看文件的容（2）删除文件 rm执行格式： rm filename例： rm file?rm f*（3）复制文件 cp执行格式： cp -r source destination例： cp file1 file2 将file1复制成file2 cp file1 dir1 将file1复制到目录dir1 cp /tmp/file1 将file1复制到当前目录 cp /tmp/file1 file2 将file1 复制到当

9、前目录名为file2cp r dir1 dir2 (recursive copy)复制整个目录。（4）移动或更改文件、目录名称 mv执行格式： mv source destination例： mv file1 file2 将文件file1，更名为file2 mv file1 dir1 将文件file1，移到目录dir1下mv dir1 dir2 （5）比较文件(可以是二进制的)或目录的容 diff执行格式： diff -r name1 name2 (name1、name2同为文件或目录)例： diff file1 file2 比较file1与file2的不同处diff -r dir1 dir2

10、 比较dir1与dir2的不同处（6）文件中字符串的查找 grep执行格式： grep string file例： grep abc file1 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：whereis command 显示命令的路径执行格式二：which command 显示路径与使用者所定义的别名执行格式三：whatis command 显示命令的功能摘要执行格式四：find search -path -name filename -print搜寻指定路径下某文件的路径执行格式五：locate filename根据系统预先生成的文件/目录数据库(/var/lib

11、/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 ln例: ln source target1 建立source文件（已存在）的硬,命名为target1ln -s source target2 建立source文件的符号,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

12、象在操作系统和用户进程量存在。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

13、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：father操作semid_mutex=0(P(semid_mutex)阻塞father进程是放苹果否唤醒daughter进程V(semid_full1)妈妈放橘子流程图：mother操作semid_mutex=0(P(semid_mutex)阻塞moth

14、er进程是放橘子否唤醒son进程V(semid_full2)女儿吃苹果流程图：daughter操作semid_full1=0(P(semid_full1)阻塞daughter进程是吃苹果否离开临界区唤醒father进程V(semid_mutex)儿子吃橘子流程图：son操作semid_full2=0(P(semid_full2)阻塞son进程是吃橘子否离开临界区唤醒mother进程V(semid_mutex)七、 源代码#include #include#include#include#include#include #include #include #include #include #i

15、nclude#include #define SHMKEY 9090 /*共享存储区的键*/#define SEMKEY_EMPTY 9091#define SEMKEY_MUTEX 9092#define SEMKEY_FULL1 9093#define SEMKEY_FULL2 9094 /*信号量数组的键*/*注意:上面的键在系统中必须唯一*/#define BUFF_LEN 5/*缓冲区可以存放10个产品*/#define PRODUCT_LEN 1 /*每个产品是一个字符串:sem_num=semnum; sem-sem_op=semop; sem-sem_flg=semflg; i

16、nt begin() char *addr, end; int shmid; int semid_empty, semid_full1,semid_full2, semid_mutex; struct sembuf sem_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(The Buffer Has Existed!n); printf(Do You Want To Delete The

17、Buffer(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);/*

18、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(Fail To Create B

19、uffer!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(The SEMKEY_MUTEX Has Exist

20、ed!n); else printf(Fail To Create SEMKEY_MUTEX!n); return -1; if(semid_empty= semget(SEMKEY_EMPTY,1, 0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1) if (errno = EEXIST) printf(The SEMKEY_EMPTY Has Existed!n); else printf(Fail To Create SEMKEY_EMPTY!n); return -1; if(semid_full1 = semget(SEMKEY_FULL1,1, 0777|IPC_CREAT|

21、IPC_EXCL)=-1) if (errno = EEXIST) printf(The SEM_FULL1 Has Existed!n); else printf(Fail To Create SEM_FULL1!n); return -1; if(semid_full2= semget(SEMKEY_FULL2,1, 0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1) if (errno = EEXIST) printf(The SEM_FULL2 Has Existed!n); else printf(Fail To Create SEM_FULL2!n); return -1;

22、/*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(

23、semid_mutex, &sem_tmp,1); return 0;/*下面的P,V是对系统调用的简单封装*/int P(int semid) struct sembuf p_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 return 0;int V(int semid) struct sembuf v_buf;/*struct 参见课件p

24、pt*/ 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 return 0;int father() int semid_empty, semid_full1,semid_full2, semid_mutex;/*信号量集合id*/ int rc1,rc2,rc3; semid_mutex = semget(SEMKEY_MUTEX,1, 0777);/*获取全局信号量id*/ sem

25、id_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) return 1; /不能放 則等待 if(rc2=0 ) return 1; P(semid_empty);/*对私有信号量作P操作*/ P(semid_mutex); printf(

26、there is %d places to put applesn,rc1); printf(PUT AN APLLEn); V(semid_mutex); V(semid_full1); rc3=semctl(semid_full1,0,GETVAL); printf(daughter can get %d applesn,rc3); return 0;int mother() int semid_empty, semid_full1,semid_full2, semid_mutex;/*信号量集合id*/ int rc1,rc2,rc3; semid_mutex = semget(SEMK

27、EY_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) return 1; /不能放 則等待 else if(rc2=0) return 1; P(semid_empty);

28、/*对私有信号量作P操作*/ P(semid_mutex); printf(there is %d places to put orangesn,rc1); printf(PUT AN ORANGE!n); V(semid_mutex); V(semid_full2); rc3=semctl(semid_full2,0,GETVAL); printf(son can get %d orangesn,rc3); return 0;int son() int semid_empty, semid_full1,semid_full2, semid_mutex;/*信号量集合id*/ int rc1,

29、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) return 1; /不能放 則等待 P(semid_fu

30、ll2);/*对私有信号量作P操作*/ P(semid_mutex); printf(SUM:%d apples and %d orangesn,rc2,rc1); printf(there is %d oranges to get n,rc1); printf(GET AN ORANGE !n); V(semid_empty); V(semid_mutex); return 0;int daughter() int semid_empty, semid_full1,semid_full2, semid_mutex;/*信号量集合id*/ int rc1,rc2,rc3; semid_mute

31、x = 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(rc2=0) return 1; /不能放 則等待 P(semid_full1); P(semid_m

32、utex); printf(SUM:%d apples and %d orangesn,rc2,rc1); printf(there is %d apples to get n,rc2); printf(GET AN APPLEn); V(semid_empty); V(semid_mutex); return 0;int main() int pid; int i = 0, x;begin();pid = fork();if(fork()=0)father();if(fork()=0)mother();if(fork()=0)daughter();if(fork()=0)son(); ret

33、urn 0;八、调试与运行首先，利用g+ ks.cpp编译一次，若有错误，则根据错误提示对程序进行修改。其次，编译通过后执行./a.out，若原先已有共享缓冲区，则删除原先缓冲区，再创建新的共享缓冲区.,然后再次执行./a.out,观察系统进程调度。运行结果如下：九、设计总结在设计这个题目之前，由于对进程同步的实现方法不是很了解，对于怎样具体实现进程同步有很大的疑问，所以在网上进行了查找，但几经搜索都没有找到合适的材料。就是在这种虽然有一定基础，但并不能完全依靠的前提下，自己通过查找相关的书籍，了解本次设计中涉与到的数据结构后，成功实现了进程同步的功能。从对进程同步只是一个概念上的认识，到最终将它的功能实现这一过程，我感到非常满意与欣慰，因为这些都是通过自己的努力一步一步实现的。同时，本次课程设计也存在着不足之处。虽然熟悉和了解了程序中各数据结构的定义和创建，但是在一些细节问题上还没有一个很明确的认识，只是机械的合法的使用它。当然，在以后的课程设计中，我会更加追求完善，将不清晰的地方都弄明白。19 / 19