操作系统原理实验报告

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1、操作系统原理实验报告学 院：专 业：班 级：学 号：姓 名：2011-2012学年 第2学期18 / 20目录实验1 进程管理2实验2 进程通信9实验3 存储管理15实验4 文件系统24实验1进程管理一、实验目的1.弄清进程和程序的区别,加深对进程概念的理解.2.了解并发进程的执行过程,进一步认识并发执行的实质.3.掌握解决进程互斥使用资源的方法.二、实验内容1.管道通信使用系统调用pipe建立一个管道,然后使用系统调用fork创建2个子进程p1和p2.这2个子进程分别向管道中写入字符串：Childprocessp1issendingmessage！和Childprocessp2issendi

2、ngmessage！,而父进程则从管道中读出来自两个子进程的信息,并显示在屏幕上.2.软中断通信使用系统调用fork创建2个子进程p1和p2,在父进程中使用系统调用signal捕捉来自键盘上的软中断信号SIGINT,当捕捉到软中断信号SIGINT后,父进程使用系统调用kill分别向2个子进程发出软中断信号SIGUSR1和SIGUSR2,子进程捕捉到信号后分别输出信息Childprocessp1iskilledbyparent！和Childprocessp2iskilledbyparent！后终止.而父进程等待2个子进程终止后,输出信息Parentprocessiskilled！后终止.三、实验

3、要求1.根据实验内容编写C程序.2.上机调试程序.3.记录并分析程序运行结果.四、程序说明和程序流程图实验1管道通信所涉及的流程图：实验2软中断信号所涉及的流程图：五、程序代码/*expe1_1.c*/#includevoidmaininti,r,p1,p2,fd2;charbuf50,s50;pipe;/*父进程建立管道*/whilep1=fork=-1;/*创建子进程P1,失败时循环*/if/*由子进程P1返回,执行子进程P1*/lockf;/*加锁锁定写入端*/sprintf;printf;write;/*把buf中的50个字符写入管道*/sleep;/*睡眠5秒,让父进程读*/lock

4、f;/*释放管道写入端*/exit;/*关闭P1*/else/*从父进程返回,执行父进程*/whilep2=fork=-1;/*创建子进程P2,失败时循环*/if/*从子进程P2返回,执行子进程P2*/lockf;/*锁定写入端*/sprintf;printf;write;/*把buf中的字符写入管道*/sleep;/*睡眠5秒,让父进程读*/lockf;/*释放管道写入端*/exit;/*关闭P2*/wait;ifr=read=-1printf;elseprintf;wait;ifr=read=-1printf;elseprintf;exit;/*exp1-2.c*/#include#inc

5、lude#includeintp1,p2;voidmainvoidppdo;voidp1do;voidp2do;signal;p1=fork;ifsignal;for;elsep2=fork;ifsignal;for;wait;wait;printf;exit;voidppdokill;kill;voidp1doprintf;exit;voidp2doprintf;exit;六、程序运行结果及分析实验1管道通信运行结果截图实验1管道通信结果分析父进程建立后,创建了子进程P1,P2,然后P1,P2分别向管道中写入字符串Childprocessp1issendingmessage!和Childpr

6、ocessp2issendingmessage!,父进程从管道中读取字符串.实验2软中断通信运行结果截图实验2软中断通信结果分析先预设中断信号SIGINT,再先后创建子进程P1和P2,预设中断信号SIGUSR1,SIGUER2,当我们按下Ctrl+C时,父进程发出中断信号SIGUSR1和SIGUSR2,通知子进程P1和P2,子进程捕捉到信号后分别输出相应的信息后,终止,最后输出Parentprocessiskilled!后终止.实验后思考：通过这次实验,深刻地了解到了管道通信和软中断通信的详细过程,深化了老师课堂上的讲解,对整个过程的把握也更加清晰了.很值得的一次学习经历,做完实验,再画流程图

7、,程序运行的细节熟悉于心,了如指掌.七指导教师评议成绩等级实验2进程通信一、实验目的1.了解进程间通信IPC的三种方式：消息队列、共享内存和信号量.2.掌握使用消息队列进行进程间通信的有关系统调用和编程方法.3.掌握使用共享内存进行进程间通信的有关系统调用和编程方法.二、实验内容1.消息队列使用系统调用msgget、msgsnd、msgrcv和msgctl,用消息队列机制实现客户进程和服务器进程间的通信.客户进程首先建立一个描述符为msgqid的消息队列,接着向服务器进程发送一个消息正文为自己的进程标识pid且类型为1的消息,然后接收来自服务器进程的消息,并在屏幕上显示：Clientrecei

8、vesamessagefromxxxx！,其中xxxx为服务器进程的进程标识.服务器进程首先捕捉软中断信号,若捕捉到时则调用函数cleanup删除消息队列,终止服务器进程.否则重复下列操作：接收所有类型为1的消息,并在屏幕上显示：Serverreceivesamessagefromxxxx！,其中xxxx为客户进程的进程标识；然后服务器进程将客户进程的进程标识作为返回消息的类型,而将自己的进程标识作为消息正文发送给客户进程.2.共享内存使用系统调用shmget、shmat和shmctl,用共享内存机制实现进程间的通信.其中一个进程向共享内存中写入数据,另一个进程从共享内存中读出数据并显示在屏幕

9、上.三、实验要求1.根据实验内容编写C程序.2.上机调试程序.3.记录并分析程序运行结果.四、程序说明和程序流程图实验1消息队列流程图五、程序代码实验1消息队列/*msg_client.c*/#include#include#include#defineMSGKEY75structmsgformlongmtype;charmtext256;mainstructmsgformmsg;intmsgqid,pid,*pint;/*文件主同组用户其他用户rwxrwxrwx*/msgqid=msgget;/*rw-rw-rw-*/pid=getpid;pint=msg.mtext;*pint=pid;m

10、sg.mtype=1;msgsndmsgqid,&msg,sizeof,0;msgrcv;printf;/*msg_server.c*/#include#include#include#defineMSGKEY75structmsgformlongmtype;charmtext256;msg;intmsgqid;maininti,pid,*pint;externcleanup;fori=0;isignal;msgqid=msgget;formsgrcv;pint=msg.mtext;pid=*pint;printf;msg.mtype=pid;*pint=getpid;msgsndmsgqid

11、,&msg,sizeof,0;cleanupmsgctl;exit;实验2共享内存#include#include#include#defineSHMKEY75#defineK1024intshmid;maininti,*pint;char*addr;externchar*shmat;shmid=shmget;addr=shmat;pint=addr;whilefori=0;iprintf;#include#include#include#defineSHMKEY75#defineK1024intshmid;maininti,*pint;char*addr;externchar*shmat;e

12、xterncleanup;fori=0;isinal;shmid=shmget;addr=shmat;printf;pint=addr;fori=0;i*pint+=i;pint=addr;*pint=256;pause;cleanupshmctl;exit;六、程序运行结果及分析实验1消息队列运行结果截图客户端：服务器端：实验1消息队列结果分析服务端程序监听软中断,建立消息队列,循环在队列中接收类型为1的消息,每接收一个消息向队列中增加一个类型为客户进程ID的消息.当发生软中断时,删除消息队列.客户端进程创建和服务端相同的消息队列,并向消息队列中发送类型为1的消息,然后接收类型为客户进程ID

13、的消息.实验后思考：对消息队列的运行情况有所了解,但关于内存共享部分尚需仔细研究.七指导教师评议成绩等级实验3存储管理一、实验目的1.了解虚拟存储管理技术的原理与特点.2.掌握请求页式存储管理的页面置换算法.二、实验内容1.通过随机数产生一个指令序列,共320条指令.指令的地址按下述原则生成：50%的指令是顺序执行的；25%的指令均匀分布在前地址部分；25%的指令均匀分布在后地址部分.实现方法：在0,319的指令地址中随机选取一起点s；执行指令s；顺序执行一条指令,即执行地址为s+1的指令；在前地址0,s中随机选取一条地址为m的指令执行；顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令；在后地址m+

14、2,319中随机选取一条指令s；重复,直到执行320次指令.2.将指令序列变换为页地址流,设：页面大小为1K；用户内存容量为432页面；用户虚存容量为32K.若10条指令为1页,则320条指令在虚存中的存放方式为：第0页第0条第9条指令；第1页第10条第19条指令； 第31页第310条第319条指令.3.计算并输出下列算法在不同内存容量下的命中率.FIFOFirstInFirstOutPageReplacementAlgorithmLRULeastRecentlyUsedPageReplacementAlgorithm三、实验要求1.根据实验内容编写C程序.2.上机调试程序.3.记录并分析程序

15、运行结果.四、程序说明和程序流程图程序说明为：1.通过随机数产生一个指令序列,共320条指令.指令的地址按下述原则生成：50%的指令是顺序执行的；25%的指令均匀分布在前地址部分；25%的指令均匀分布在后地址部分.实现方法：在0,319的指令地址中随机选取一起点s；执行指令s；顺序执行一条指令,即执行地址为s+1的指令；在前地址0,s中随机选取一条地址为m的指令执行；顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令；在后地址m+2,319中随机选取一条指令s；重复,直到执行320次指令.2.将指令序列变换为页地址流,设：页面大小为1K；用户内存容量为432页面；用户虚存容量为32K.若10条指令为1

16、页,则320条指令在虚存中的存放方式为：第0页第0条第9条指令；第1页第10条第19条指令； 第31页第310条第319条指令.3.计算并输出下列算法在不同内存容量下的命中率.FIFOFirstInFirstOutPageReplacementAlgorithmLRULeastRecentlyUsedPageReplacementAlgorithm流程图：五、程序代码#include#include/#include/*Windows环境,getpid原型在process.h中*/#defineTRUE1#defineFALSE0#defineINVALID-1#defineNULL0#def

17、inetotal_instruction320/*指令条数*/#definetotal_vp32/*虚页数*/#defineclear_period50/*NRU清0周期*/typedefstruct/*页表结构*/intpn,pfn,counter,time;/*counter,time*/pl_type;pl_typepltotal_vp;/*页表*/structpfc_struct/*存储页面表*/intpn,pfn;structpfc_struct*next;typedefstructpfc_structpfc_type;pfc_typepfctotal_vp,*freepf_head

18、,*busypf_head,*busypf_tail;intdiseffect,atotal_instruction;/*缺页次数,指令流*/intpagetotal_instruction,offsettotal_instruction;voidinitialize;voidfifo;voidlru;voidopt;voidlfu;voidnur;voidmainints,i,j;srandgetpid*10;/*进程标识作为随机数种子*/s=319*rand/2147483647;/*0319*/s=319*rand/32767;/*0319*/fori=0;iai=s;/*s=0319*

19、/ai+1=ai+1;/*s+1*/ai+2=ai*rand/2147483647;/*m=0s*/ai+2=ai*rand/32767;/*m=0s*/ai+3=ai+2+1;/*m+1*/s=rand*/2147483147+ai+2+2;/*m+2319*/s=rand*/32767+ai+2+2;/*m+2319*/fori=0;ipagei=ai/10;offseti=ai%10;fori=4;i/*用户内存工作区4-32个页面*/printf;fifo;lru;opt;lfu;nur;printf;voidinitializeinti;diseffect=0;fori=0;ipli

20、.pn=i;pli.pfn=INVALID;pli.counter=0;pli.time=-1;fori=1;ipfci-1.next=&pfci;pfci-1.pfn=i-1;pfctotal_pf-1.next=NULL;pfctotal_pf-1.pfn=total_pf-1;freepf_head=&pfc0;voidfifointi,j;pfc_type*p;initialize;busypf_head=busypf_tail=NULL;/*置忙页面队列为空*/fori=0;iif/*页失效*/diseffect+;/*失效次数加1*/if/*无空闲页面*/p=busypf_head

21、-next;plbusypf_head-pn.pfn=INVALID;freepf_head=busypf_head;/*释放忙队列中的第1个页面,即出队*/freepf_head-next=NULL;busypf_head=p;/*插入到空闲页面链表*/p=freepf_head-next;freepf_head-next=NULL;freepf_head-pn=pagei;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;if/*忙队列为空时,入队*/busypf_head=busypf_tail=freepf_head;else/*忙队列为非空时,入队*/busypf_tail-n

22、ext=freepf_head;busypf_tail=freepf_head;freepf_head=p;printfFIFO:%6.4f,1-diseffect/320;voidlruintmin,minj,i,j,present_time;initialize;present_time=0;fori=0;iifdiseffect+;ifmin=32767;forj=0;j/*查找内存中time最小的页面*/ifplj.time&plj.pfn!=INVALIDmin=plj.time;minj=j;freepf_head=&pfcplminj.pfn;/*插入空闲链表*/plminj.p

23、fn=INVALID;plminj.time=-1;freepf_head-next=NULL;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;plpagei.time=present_time;freepf_head=freepf_head-next;elseplpagei.time=present_time;present_time+;printfLRU:%6.4f,1-diseffect/320;voidoptinti,j,max,maxpage,d,disttotal_vp;initialize;fori=0;iifdiseffect+;ifforj=0;jifdistj=32

24、767;elsedistj=0;/*页在内存中距离非0,不在内存距离为0*/d=1;/*计算内存中页面与当前访问页面的距离*/forj=i+1;jifdistpagej=d;d+;max=-1;/*淘汰距离最远的页*/forj=0;jifmaxmax=distj;maxpage=j;freepf_head=&pfcplmaxpage.pfn;freepf_head-next=NULL;plmaxpage.pfn=INVALID;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;freepf_head=freepf_head-next;printfOPT:%6.4f,1-diseffect

25、/320;voidlfuinti,j,min,minpage;initialize;fori=0;iifdiseffect+;ifmin=32767;forj=0;jifplj.counter&plj.pfn!=INVALIDmin=plj.counter;minpage=j;plj.counter=0;freepf_head=&pfcplminpage.pfn;plminpage.pfn=INVALID;freepf_head-next=NULL;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;freepf_head=freepf_head-next;elseplpagei.coun

26、ter+;printfLFU:%6.4f,1-diseffect/320;voidnurinti,j,dp,cont_flag,old_dp;initialize;dp=0;fori=0;iifdiseffect+;ifcont_flag=TRUE;old_dp=dp;whileifcont_flag=FALSE;elsedp+;ifdp=0;ifforj=0;jplj.counter=0;freepf_head=&pfcpldp.pfn;pldp.pfn=INVALID;freepf_head-next=NULL;plpagei.pfn=freepf_head-pfn;freepf_head

27、=freepf_head-next;elseplpagei.counter=1;ifforj=0;jplj.counter=0;printfNUR:%6.4f,1-diseffect/320;六、程序运行结果及分析实验运行结果截图：9实验结果分析：先随机产生320条指令,然后转化为页地址流,分别执行FIFO,LRU,OPT,LFU,NUR算法,计算出不同算法的命中率,结果显示如上图.实验后思考：把单单从课堂上学到的知识,更加熟练的应用出来,体会到了计算机学科操作系统与计算机组成之间的互相联系.七指导教师评议成绩等级实验4文件系统一、实验目的1.了解文件系统的功能和内部实现.2.熟悉有关文件系统

28、的系统调用.3.掌握简单文件系统的设计方法.二、实验内容1.使用有关文件系统的系统调用creat、open、close、read和write将文件file1.c和file2.c合并为file3.c.2.为Linux系统设计一个二级目录结构的文件系统,要求具有下列功能：向用户提供以下命令：login用户登录dir列文件目录create创建文件delete删除文件open打开文件close关闭文件read读文件write写文件文件可进行读写保护.列文件目录时须列出文件名、文件属性、文件长度和物理地址.三、实验要求1.根据实验内容编写C程序.2.上机调试程序.3.记录并分析程序运行结果.四、程序说明

29、和程序流程图程序说明：首先先打开文件file1.c,file2.c,再创建文件file3.c,从前面的两个文件中读出相应的内容,写如第三个文件中,之后再关闭三个文件.流程图：五、程序代码#includevoidmainintargc;char*argv;intfd1,fd2,fd3,n;charbuf512,ch=n;fd1=open;/*打开argv1对应的文件,返回标识符fd1*/fd2=open;/*打开argv2对应的文件,返回标识符fd2*/fd3=creat;/*创建argv3对应的文件,返回标识符fd3*/whilen=read0write;write;whilen=read0write;close;close;close;六、程序运行结果及分析运行结果截图：图4-1file1.c文件中的内容图4-2file2.c文件中的内容图4-3运行后file3.c文件中的内容实验结果分析：首先先打开文件file1.c,file2.c,再创建文件file3.c,从前面的两个文件中读出相应的内容,写如第三个文件中,之后再关闭三个文件,最终file3.c文件中出现图4-3内容.实验后思考：通过本次实验,清楚地了解了Linu文件系统的部分指令.七指导教师评议成绩等级