操作系統(tǒng)第五個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告15

1、甘肅政法學(xué)院本科生實(shí)驗(yàn)報(bào)告(五）姓名:xxx學(xué)院:信息工程學(xué)院專業(yè):計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí):2013級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科班實(shí)驗(yàn)課程名稱:操作系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)日期: 2016年5月20 日開課時(shí)間：2015-2016 學(xué)年 第二學(xué)期甘肅政法學(xué)院實(shí)驗(yàn)管理中心印制實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)程的共享主存通信、進(jìn)程的信號(hào)量通信小組合作否姓名謝慧敏班級(jí)2013級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科班學(xué) 號(hào)201381010144一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解和熟悉了共享存儲(chǔ)機(jī)制；2、 加深對(duì)進(jìn)程通信的理解。 3、 熟悉消息通信機(jī)制、共享存儲(chǔ)器通信機(jī)制，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其與信號(hào)量通信的區(qū)別。二實(shí)驗(yàn)環(huán)境Windows 7操作系統(tǒng)Vmware 軟件Red hat

2、 linux操作系統(tǒng)三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟一、進(jìn)程的共享主存通信1. 共享主存段使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1)共享主存段控制塊（或共享主存段頭）每個(gè)共享主存段都有一個(gè)控制塊，用來(lái)描述共享主存段的一些屬性，共享主存段控制塊定義在sys/shm.h中，其結(jié)構(gòu)如下：struct shmid_dsstruct ipc_perm shmperm; / * 共享主存段訪問(wèn)控制結(jié)構(gòu) * /int shmsegsz; / * 共享段以字節(jié)為單位的長(zhǎng)度 * /struct ptentry * shmptbl; / * 共享頁(yè)表始址 * /ushort shmlpid; / * 最近執(zhí)行共享段操作的進(jìn)程標(biāo)識(shí) * /ushor

3、t shmcpid; / * 創(chuàng)建共享段的進(jìn)程標(biāo)識(shí) * /ushort shmnattch; / * 當(dāng)前附件段號(hào) * /ushort shmcnattch; / * 主存中的附加段號(hào) * /time_t shmatime; / * 最近一次附件操作的時(shí)間 * /time_t shmdtime; / * 最近一次與進(jìn)程分離操作的時(shí)間 * /time_t shmctime; / * 最近一次修改時(shí)間 * /為了便于管理，系統(tǒng)將維持的共享主存段組成一個(gè)表，共有SHMMNI=100個(gè)元素，其結(jié)構(gòu)如下：struct shmid_ds shmenSHMMNI; / * 共享段表 * /其訪問(wèn)控制結(jié)構(gòu)定義

4、如下：struct ipc_perm key_t key; ushort uid; /* owner euid and egid * / ushort gid; ushort cuid; ushort cgid; ushort mode; /*lower 9 bits of shmflg*/ ushort seq /*sequence number*/;(2)共享主存段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)每個(gè)共享主存段都對(duì)應(yīng)一個(gè)頁(yè)表和允許的存取權(quán)限，結(jié)構(gòu)如下；struct shmptdsint shmspte; /*開始也表項(xiàng)*/int shmsflg; /*對(duì)共享段的讀/寫權(quán)限*/每個(gè)進(jìn)程最多允許6個(gè)共享主存段（SH

5、MSEG=6).2. 申請(qǐng)一個(gè)共享主存段參與通信的進(jìn)程，通信前要先申請(qǐng)一個(gè)共享主存段，若是第一次申請(qǐng)，則要為其分配一個(gè)主存空間及頁(yè)表，并對(duì)共享主存區(qū)控制塊進(jìn)行初始化，申請(qǐng)共享主存段調(diào)用語(yǔ)法如下：# include<sys/ipc.h># include<sys/shm.h>int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg)其中，key為共享主存段的關(guān)鍵字，size是共享主存段字節(jié)長(zhǎng)度，shmflg為創(chuàng)建和訪問(wèn)標(biāo)志。返回值：成功時(shí)，為與key值相關(guān)的共享主存段的標(biāo)識(shí)號(hào)，且大小是頁(yè)對(duì)齊；失敗時(shí)，為-1。如果key的值為IPC_PRIVA

6、TE,或不為IPC_PRIVATE，創(chuàng)建的共享段與key無(wú)關(guān)，關(guān)鍵字由系統(tǒng)分配。Shmflg由如下成分組成：.IPC_CREAT，創(chuàng)建一個(gè)新段。如果該標(biāo)志沒(méi)有設(shè)置，將查找與key相關(guān)的段，且該段允許用戶訪問(wèn)。.IPC_EXCL，與IPC_CREAT一起使用，確保創(chuàng)建一個(gè)新的共享段。若該段已經(jīng)存在，出錯(cuò)。低9位為三類用戶的訪問(wèn)方式的定義。3. 將共享段附加到申請(qǐng)通信的進(jìn)程空間對(duì)于已申請(qǐng)通信所需的共享段，進(jìn)程需把它附加到自己的虛擬空間后才能對(duì)其進(jìn)行讀寫，將共享段附加到申請(qǐng)通信的進(jìn)程空間的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)法：#include < sys/sem.h >void shmat ( int shmi

7、d，void * shmadd，int shmflg)；這里shmid是進(jìn)程調(diào)用shmget后返回的共享段標(biāo)識(shí)號(hào)；shmadd是給出的應(yīng)附加到進(jìn)程虛空間的地址；shmflg為允許對(duì)共享段的訪問(wèn)方式。返回值：成功時(shí)為附加到進(jìn)程地址空間的虛地址，失敗時(shí)為-1。連接到進(jìn)程虛空間的地址規(guī)則為：.shmadd為0，則將該共享段附加到系統(tǒng)選擇的進(jìn)程的第一個(gè)可用地址之后。.shmadd為非0，如果shmflg指定了SHM_RND標(biāo)志，則將該共享段附加shmadd取整后指定的地址上。.shmadd為非0，如果shmflg未指定SHM_RND標(biāo)志，則將該共享段附加shmadd指定的地址上。通常將shmadd指定

8、為0，由系統(tǒng)安排連接地址。4.將共享段與進(jìn)程之間解除鏈接當(dāng)進(jìn)程不再需要共享段時(shí)，將其從它的地址空間拆下，調(diào)用語(yǔ)法為：#include < sys/sem.h >int shmdt( void * shmaddr )；其中，shmaddr是共享段在進(jìn)程地址空間的虛地址。返回值為0。5.對(duì)共享段進(jìn)行控制#include < sys/sem.h >int shmctl（int shmid，int cmd，struct_ds * buf）；返回值：成功時(shí)為0，失敗時(shí)為-1。系統(tǒng)調(diào)用shmctl根據(jù)控制命令cmd對(duì)共享段進(jìn)行控制。cmd可能的取值有：. IPC_STAT，將有關(guān)共

9、享段的信息復(fù)制到具有shmid_ds結(jié)構(gòu)的buf中；. IPC_SET，用于用戶和用戶組，或?qū)ζ浯嫒?quán)限進(jìn)行修改，要求用戶必須為超級(jí)用戶或擁有者；. IPC_RMID，用于標(biāo)志刪除共享段。在共享段與所有進(jìn)行分離時(shí)，實(shí)際進(jìn)行刪除；. IPC_LOCK，在Linux環(huán)境下，將共享段鎖在主存中；. IPC_UNLOCK，在Linux環(huán)境下，允許將共享段鎖換出主存。二、進(jìn)程的信號(hào)量【預(yù)備知識(shí)】在Linux中，一個(gè)或多個(gè)信號(hào)量構(gòu)成一個(gè)信號(hào)量集合。使用信號(hào)量機(jī)制用來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的同步和互斥，允許并發(fā)進(jìn)程一次對(duì)一組信號(hào)量進(jìn)行相同或不同的操作。每個(gè)P、V操作不限于減1或加1，而是可以加減任何整數(shù)。在進(jìn)程終止時(shí)

10、，系統(tǒng)可根據(jù)需要自動(dòng)消除所有被進(jìn)程操作過(guò)的信號(hào)量的影響。1.信號(hào)量機(jī)制中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的每個(gè)信號(hào)量都有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義在sys/sem.h中。結(jié)構(gòu)定義如下：struct sem ushort semval; /*信號(hào)量的當(dāng)前值*/ short sempid; /* 最近一次對(duì)該信號(hào)操作的進(jìn)程標(biāo)識(shí)*/ ushort semncnt; /*等待信號(hào)量值增加的進(jìn)程數(shù)*/ ushort semzcnt; /*等待信號(hào)量值等于0的進(jìn)程數(shù)*/2.信號(hào)量集合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為每個(gè)信號(hào)集合保持一個(gè)頭文件定義在sys/sem.h中。結(jié)構(gòu)定義如下：struct semid_dsstruct ipc_perm

11、sem_perm; /*對(duì)信號(hào)量的訪問(wèn)方式，見消息緩沖*/time_t sem_otime; /*最后操作信號(hào)量集合的時(shí)間*/time_t sem_ctime; /*最后修改信號(hào)量集合的時(shí)間*/struct sem *sem_base; /*指向集合中第一個(gè)信號(hào)量的指針*/ ushort sem_nsems; /*集合中的信號(hào)量個(gè)數(shù)*/ 3.信號(hào)量集合的建立任何進(jìn)程在使用信號(hào)量之前，通過(guò)使用如下函數(shù)申請(qǐng)建立一個(gè)信號(hào)量集合：# include <sys/types.h># include <sys/ipc.h># include <sys/sem.h>int

12、semget（key_t key，int nsems，int semflg）其中，key為用戶進(jìn)程指定的信號(hào)量集合的關(guān)鍵字，nsems為信號(hào)量集合中的信號(hào)量數(shù)，semflg為訪問(wèn)標(biāo)志。返回值：成功時(shí)，返回信號(hào)量集合的標(biāo)識(shí)號(hào)，失敗時(shí)，返回-1。semflg 由以下成分組成：·IPC_CREAT,創(chuàng)建一個(gè)新的信號(hào)量集合。如果該標(biāo)志沒(méi)有設(shè)置，將查找于key相關(guān)的信號(hào)量集合。·IPC_EXCL，與IPC_CREAT一起使用，確保創(chuàng)建一個(gè)新的信號(hào)量集合。若該段已經(jīng)存在，出錯(cuò)。低9位為三類用戶的訪問(wèn)方式的定義。4.對(duì)信號(hào)量的操作通過(guò)調(diào)用semop（）函數(shù)，進(jìn)程對(duì)一信號(hào)量集合中的一個(gè)或多

13、個(gè)信號(hào)執(zhí)行P/V操作，其操作命令由用戶提供的信號(hào)操作模版（sembuf）定義，該模版的結(jié)構(gòu)如下：Structsembuf ushort sem_num; /*信號(hào)量的序號(hào)*/ short sem_op /*具體執(zhí)行的操作（即P或V操作）* / short sem_flg; /*訪問(wèn)標(biāo)志*/調(diào)用語(yǔ)法為：# include <sys/sem.h>int semop（int semid，struct sembuf *sops，unsigned nsops）;其中，semid是進(jìn)程調(diào)用semget后返回的信號(hào)量集合的標(biāo)識(shí)，sops是用戶提供的信號(hào)量操作模版數(shù)組（sembuf）的指針，nso

14、ps為數(shù)組sembuf中的元素?cái)?shù)（即一次需進(jìn)行的操作數(shù)）。正常返回值為0。5.對(duì)信號(hào)量執(zhí)行控制操作當(dāng)要讀取和修改信號(hào)量集合的有關(guān)狀態(tài)信息，或撤銷信號(hào)量集合時(shí)，調(diào)用命令semctl（）對(duì)信號(hào)量執(zhí)行控制操作。其調(diào)用語(yǔ)法為：int semctl（int semid，int semnum，int cmd，union semun arg）;其中，semid是信號(hào)量集合的標(biāo)識(shí)，semnum是要處理信號(hào)量集合中的信號(hào)量序號(hào)，cmd為要執(zhí)行的操作命令，arg為控制操作需要的參數(shù)，是一個(gè)指向聯(lián)合semun的指針。函數(shù)semctl成功返回時(shí)為0。semun定義為：union semun int val；/ * v

15、alue forSETVAL * / struct semid_ds * buf ; / * buffer for IPC_SET & IPC_STAT */ ushort array ;/ * buffor for IPC_INFO * / arg;cmd的可能取值有：GETPID 返回最近一個(gè)隊(duì)信號(hào)量操作的進(jìn)程標(biāo)識(shí) GETVAL 返回索引為semnum的信號(hào)量的值 GETALL 返回一個(gè)集合中所有信號(hào)量的值到arg.array中GETNCNT 返回睡眠等待信號(hào)量值為正的進(jìn)程的數(shù)GETZCNT 返回睡眠等待信號(hào)量值為0的進(jìn)程數(shù)SETVAL 設(shè)置索引為semnum的信號(hào)量的值為arg.

16、valSETALL 按照數(shù)組arg.array，設(shè)置一個(gè)集合中所有信號(hào)量的值IPC_STAT 若為讀，可將指定semid的信號(hào)量頭結(jié)構(gòu)讀入arg.buf中獲得信號(hào)量的值IPC_SET 按照arg.buf設(shè)置用戶標(biāo)識(shí)、組標(biāo)識(shí)和訪問(wèn)權(quán)限。若不是給定的有效用戶標(biāo)識(shí)，立即返回IPC_RMID 刪除指定標(biāo)識(shí)的信號(hào)量集合四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與分析一、進(jìn)程的共享主存通信1、編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)是進(jìn)程向共享段寫信息的例子。程序源代碼：#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#define SHMKEY 75

17、#define K 1024int shmid;main() int i,*pint; char *addr; extern char *shmat(); shmid=shmget(SHMKEY,16*K,0777|IPC_CREAT); /*申請(qǐng)創(chuàng)建一個(gè)16K大小的共享存儲(chǔ)段，其標(biāo)識(shí)號(hào)為SHMKEY*/ addr=shmat(shmid,0,0); /*缺省地址將共享段附加到系統(tǒng)指定位置*/ printf(“addr ox%xn”,addr);/*打印附加到進(jìn)程地址空間的地址*/ pint=(int *) addr; for (i=0;i<256;i+) *pint+=i; /*向共享

18、主存段寫入0255個(gè)數(shù)*/ pint=(int *)addr; *pint=256; /*共享段第一個(gè)字中寫入信息長(zhǎng)度256，以便接收進(jìn)程讀*/ pause(); /*暫停等待接收進(jìn)程讀*/運(yùn)行結(jié)果：2、 編程實(shí)現(xiàn)從共享段讀信息的例子程序源代碼：#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#define SHMKEY 75#define K 1024int shmid;main() int i,*pint; char *addr; extern char *shmat(); sh

19、mid=shmget(SHMKEY,8*K,0777); /*由SHMKEY得到共享段標(biāo)識(shí)號(hào)*/ addr=shmat(shmid,0,0); /*將共享段與本進(jìn)程相連*/ pint=(int *) addr; while (*pint=0); /*若共享區(qū)無(wú)信息時(shí)，在此等待*/for (i=0;i<256;i+) printf(“%dn”,*pint+);運(yùn)行結(jié)果：二、進(jìn)程的信號(hào)量通信1、編程實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一文件的互斥寫入。程序源代碼：#include < stdio.h >#include < stdlib.h >#include < unistd.h

20、 >#include < time.h >#include < sys/types.h >#include < sys/wait.h >#include < linux/sem.h >#define NUM_PROCS 5#define SEM_ID 250#define FILE_NAME ”/tmp/sem_MUTEX” /* 互斥共享寫入的文件名稱 */#define DELAY 400000/各子進(jìn)程互斥寫文件的通用函數(shù)void update_file(int sem _set_id,char *file_name_path,int

21、 number) struct sembuf sem_op;FILE *file;/相當(dāng)于執(zhí)行P操作，申請(qǐng)寫文件sem_op.sem_num=0;sem_op.sem_op=-1;sem_op.sem_flg=0;semop(sem_set_id,&sem_op,1);/向文件寫，寫入的數(shù)據(jù)是進(jìn)程的標(biāo)識(shí)file=fopen(file_name_path,”w”);if(file) fprintf(file,”%dn”,number); printf(“%dn”,number); fclose(file);/相當(dāng)于執(zhí)行V操作，釋放文件的使用權(quán) sem_op.sem_num=0; sem_

22、op.sem_op=1; sem_op.sem_flg=0; semop(sem_set_id,&sem_op,1);/子進(jìn)程準(zhǔn)備寫文件的通用函數(shù)void do_child_loop(int sem_set_id,char *file_name) pid_t pid=getpid(); /得到本進(jìn)程的標(biāo)識(shí) int i,j; for(i=0;i<3;i+) update_file(sem_set_id,file_name,pid); for(j=0;j<200000;j+); /*暫停一段時(shí)間*/ /主函數(shù)int main(int argc,char*argv) Int sem_set_id,child_pid;union semun sem_val;int i,rc;/創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量集合，標(biāo)識(shí)為225，只有一個(gè)信號(hào)量sem_set_id=semget(SEM_ID,1,IPC_CREAT|0600);if(sem_set_id=-1) perr