操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書V2013[1]

1、操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書 操作系統(tǒng)課程組 編內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系二一三年九月目 錄操作系統(tǒng)實驗教學(xué)大綱1實驗一 進(jìn)程管理1實驗二 SPOOLing技術(shù)實現(xiàn)12I操作系統(tǒng)實驗教學(xué)大綱一、基本信息課程編碼020213008課程學(xué)時56課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課程實驗總學(xué)時10開出學(xué)期5開出單位計算機系適用專業(yè)計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程二、實驗安排序號實 驗 項 目實驗學(xué)時每組人數(shù)實驗類型開出要求1實驗一 進(jìn)程管理41驗證必做實驗二 SPOOLing技術(shù)實現(xiàn)61設(shè)計必做三、實驗?zāi)康?、?nèi)容與要求實驗一 進(jìn)程管理（一）實驗?zāi)康?加深對進(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)識并發(fā)執(zhí)行的實質(zhì)；3分

2、析進(jìn)程爭用資源的現(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。（二）實驗內(nèi)容1進(jìn)程的創(chuàng)建；2進(jìn)程的控制；3進(jìn)程的軟中斷通信；4進(jìn)程的管道通信。（三）實驗要求1掌握Linux系統(tǒng)中進(jìn)程的創(chuàng)建、控制和通信的實現(xiàn)；2根據(jù)實驗內(nèi)容，在Linux平臺上用C語言編程實現(xiàn)，上機調(diào)試運行得出實驗結(jié)果；3寫出預(yù)習(xí)報告和實驗報告。實驗二 SPOOLing技術(shù)實現(xiàn)（一）實驗?zāi)康?加深對SPOOLing系統(tǒng)的理解；2進(jìn)一步認(rèn)識SPOOLing技術(shù)的實質(zhì)；3分析、設(shè)計SPOOLing系統(tǒng)的實現(xiàn)方法；4了解Linux系統(tǒng)中SPOOLing的基本原理。（二）實驗內(nèi)容設(shè)計并運行一個簡單的SPOOLi

3、ng系統(tǒng)來模擬實際的SPOOLing輸入/輸出過程，以掌握這種以空間換時間的技術(shù)。要求將SPOOLing輸入/輸出處理程序編成一個獨立的進(jìn)程模塊并與其他請求輸入/輸出的進(jìn)程并發(fā)運行。SPOOLing進(jìn)程負(fù)責(zé)把從輸入設(shè)備輸入的信息送到外存輸入井中，或把外存輸出井中的信息送到打印機等輸出設(shè)備上輸出。其余進(jìn)程只要求編寫輸入/輸出部分的程序。要求定義實施算法的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)設(shè)備分配和SPOOLing算法。（三）實驗要求1掌握SPOOLing技術(shù)的實現(xiàn)；2根據(jù)實驗內(nèi)容，在Linux平臺上用C語言編程實現(xiàn)，上機調(diào)試運行得出實驗結(jié)果；3寫出預(yù)習(xí)報告和實驗報告。四、考核方式實驗成績占課程總成績的比重為10

4、%?？己朔绞礁鶕?jù)實驗課考勤、課前預(yù)習(xí)情況、課上實驗?zāi)芰Α⒃拖到y(tǒng)效果驗收與實驗報告的完成情況綜合評分。每個實驗考核：實驗預(yù)習(xí)占30%，實驗?zāi)芰托Ч?0%，實驗報告占40%。五、建議教材與教學(xué)參考書1課程教材1 張堯?qū)W. 計算機操作系統(tǒng)教程. 第三版. 北京：清華大學(xué)出版社. 20062 趙俊生操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書自編20082教學(xué)參考書1 湯小丹計算機操作系統(tǒng)第三版西安: 西安電子科技大學(xué)出版社2008 2 徐虹. 操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo). 北京: 清華大學(xué)出版社20043 屠祁. 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)第三版北京: 清華大學(xué)出版社20004 馮耀霖. 操作系統(tǒng). 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社20015

5、左萬歷計算機操作系統(tǒng)教程第二版北京：高等教育出版社2004六、編制說明編制者：系統(tǒng)軟件課程組 組長：壽永熙執(zhí)筆人：趙俊生 編制時間：2009年3月15實驗一 進(jìn)程管理一、 實驗?zāi)康?學(xué)會在Linux中利用系統(tǒng)調(diào)用fork()創(chuàng)建進(jìn)程。2加深對進(jìn)程概念的理解，明確進(jìn)程和程序的區(qū)別。3進(jìn)一步認(rèn)識在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的實質(zhì)。4分析進(jìn)程競爭資源的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)解決進(jìn)程互斥的方法。5掌握Linux中進(jìn)程通信的基本原理。二、 實驗類型驗證性實驗。三、 實驗預(yù)備知識 1閱讀Linux的sched.h源碼文件，加深對進(jìn)程管理概念的理解。 2閱讀Linux的fork.c源碼文件，分析進(jìn)程的創(chuàng)建過程。四、 實驗內(nèi)容

6、1進(jìn)程的創(chuàng)建 【任務(wù)】 編寫一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)用fork()創(chuàng)建兩個子進(jìn)程，當(dāng)此程序運行時，在系統(tǒng)中有一個父進(jìn)程和兩個子進(jìn)程活動。讓每一個進(jìn)程在屏幕上顯示一個字符；父進(jìn)程顯示字符“a”，子進(jìn)程分別顯示字符“b”和“c”。試觀察記錄屏幕上的顯示結(jié)果，并分析原因。【程序】include <stdio.h>main() int p1,p2; while(p1=fork()= =-1); /*創(chuàng)建子進(jìn)程p1，失敗時循環(huán)*/ if(p1= =0) /*子進(jìn)程p1創(chuàng)建成功*/ putchar(b); else /*父進(jìn)程返回*/ while(p2=fork()= =-1); /*創(chuàng)建另一個子

7、進(jìn)程p2，失敗時循環(huán)*/ if(p2= =0) /*子進(jìn)程p2創(chuàng)建成功*/ putchar(c); else putchar(a); /*父進(jìn)程執(zhí)行*/ 【執(zhí)行結(jié)果】 同學(xué)自己得到實驗結(jié)果。 【分析原因】 同學(xué)自己分析多次執(zhí)行產(chǎn)生不同實驗結(jié)果的原因。2進(jìn)程的控制【任務(wù)】修改已編寫的程序，將每個進(jìn)程的輸出由單個字符改為一句話，再觀察程序執(zhí)行時屏幕上出現(xiàn)的現(xiàn)象，并分析其原因。如果在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用lockf()來給每個進(jìn)程加鎖，可以實現(xiàn)進(jìn)程之間的互斥，觀察并分析出現(xiàn)的現(xiàn)象。【程序1】include <stdio.h>main() int p1,p2,i; while(p1=fork(

8、)= =-1); if(p1= =0) for(i=0;i<50;i+) printf(“child %dn”,i); else while(p2=fork()= =-1) if(p2= =0) for(i=0;i<50;i+) printf(“son %dn”,i); else for(i=0;i<50;i+) printf(“daughter %dn”,i); 【執(zhí)行結(jié)果】 同學(xué)自己得到實驗結(jié)果。 【分析原因】同學(xué)自己分析多次執(zhí)行產(chǎn)生不同實驗結(jié)果的原因?！境绦?】include <stdio.h>include <unistd.h>main() i

9、nt p1,p2,i; while(p1=fork()= =-1); if(p1= =0) lockf(1,1,0); /*加鎖*/ for(i=0;i<50;i+) printf(“child %dn”,i); lockf(1,0,0); /*解鎖*/ else while(p2=fork()= =-1) if(p2= =0) lockf(1,1,0); for(i=0;i<50;i+) printf(“son %dn”,i); lockf(1,0,0); else lockf(1,1,0); for(i=0;i<50;i+) printf(“daughter %dn”,i

10、); lockf(1,0,0); 【執(zhí)行結(jié)果】 同學(xué)自己得到實驗結(jié)果。 【分析原因】 同學(xué)自己分析多次執(zhí)行產(chǎn)生不同實驗結(jié)果的原因。3軟中斷通信【任務(wù)1】編制一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)用fork()創(chuàng)建兩個子進(jìn)程，再用系統(tǒng)調(diào)用signal()讓父進(jìn)程捕捉鍵盤上來的中斷信號（即按任意字母鍵和Enter鍵），當(dāng)捕捉到中斷信號后，父進(jìn)程用系統(tǒng)調(diào)用kill()向兩個子進(jìn)程發(fā)出信號，子進(jìn)程捕捉到信號后，分別輸出下列信息后終止： child process 1 is killed by parent! child process 2 is killed by parent!父進(jìn)程等待兩個子進(jìn)程終止后，輸出以下信息

11、后終止：parent process is killed!【程序】#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <signal.h>void waiting(),stop();int wait_mark;main() int p1,p2; while(p1=fork()= =-1); /*創(chuàng)建進(jìn)程p1*/ if(p1>0) while(p2=fork()= =-1); /*創(chuàng)建進(jìn)程p2*/ if(p2>0) Printf(“parent run!

12、n”); Printf(“p1=%dn”,p1); Printf(“p2=%dn”,p2); wait_mark=1;getchar(); kill(p1,16); /*向p1發(fā)軟中斷信號16*/kill(p2,17); /*向p2發(fā)軟中斷信號17*/sleep(5); /*父進(jìn)程睡眠5秒*/wait(0); /*等待子進(jìn)程結(jié)束，同步*/wait(0); /*等待另一子進(jìn)程結(jié)束，同步*/lockf(stdout,1,0); /*標(biāo)準(zhǔn)輸出加鎖*/printf(“parent process is killed!n”);lockf(stdout,0,0); /*標(biāo)準(zhǔn)輸出解鎖*/exit(0); /

13、*父進(jìn)程終止*/ else printf(“p2 run!n”); wait_mark=1;signal(17,stop); /*接收父進(jìn)程發(fā)來的軟中斷信號17，并轉(zhuǎn)stop*/waiting();lockf(stdout,1,0); /*標(biāo)準(zhǔn)輸出加鎖*/printf(“child process 2 is killed by parent!n”);lockf(stdout,0,0); /*標(biāo)準(zhǔn)輸出解鎖*/exit(0); /*子進(jìn)程p2終止*/ else printf(“p1 run!n”); wait_mark=1;signal(16,stop); /*接收父進(jìn)程發(fā)來的軟中斷信號16，并轉(zhuǎn)

14、stop*/waiting();lockf(stdout,1,0); /*標(biāo)準(zhǔn)輸出加鎖*/printf(“child process 1 is killed by parent!n”);lockf(stdout,0,0); /*標(biāo)準(zhǔn)輸出解鎖*/exit(0); /*子進(jìn)程p1終止*/ void waiting() printf(“waiting begin!n”); while(wait_mark!=0); printf(“waiting end!n”); void stop() wait_mark=0; printf(“signal stop!”); 【執(zhí)行結(jié)果】 同學(xué)自己得到實驗結(jié)果。 【

15、分析原因】 同學(xué)自己分析產(chǎn)生該實驗結(jié)果的原因。 【任務(wù)2】 在上面任務(wù)1中，增加語句signal(SIGINT,SIG_IGN)和語句signal(SIGQUIT,SIG_IGN)，觀察執(zhí)行結(jié)果，并分析原因。這里signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分別為忽略“Ctrl+c”鍵信號以及忽略中斷信號。 【程序】#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <signal.h> int pid1,pid2;

16、int endflag=0,pf1=0,pf2=0; void intdelete() kill(pid1,16); kill(pid2,17); endflag=1; void int1() printf(“child process 1 is killed by parent!”); exit(0); void int2() printf(“child process 2 is killed by parent!”); exit(0); main() int exitpid; signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(SIGQUIT,SIG_IGN); while(pi

17、d1=fork()= =-1); if(pid1= =0) printf(“process 1 run!n”); signal(SIGUSR1,int1); signal(16, SIG_IGN); pause(); exit(0); else while(pid2=fork()= =-1); if(pid2= =0) printf(“process 2 run!n”); signal(SIGUSR2,int2); signal(17, SIG_IGN); pause(); exit(0); else printf(“parent run!n”); signal(SIGINT,intdelet

18、e); waitpid(-1,&exitpid,0); printf(“parent process is killed!n”); exit(0); 【執(zhí)行結(jié)果】 同學(xué)自己得到實驗結(jié)果。 【分析原因】 同學(xué)自己分析產(chǎn)生該實驗結(jié)果的原因。4進(jìn)程的管道通信【任務(wù)】 編制一段程序，實現(xiàn)進(jìn)程的管道通信。使用系統(tǒng)調(diào)用pipe()建立一條管道線。兩個子進(jìn)程p1和p2分別向管道各寫一句話： child 1 is sending a message! child 2 is sending a message! 而父進(jìn)程則從管道中讀出來自于兩個子進(jìn)程的信息，顯示在屏幕上。 【程序】#include &l

19、t;unistd.h>#include <stdio.h>#include <signal.h> int pid1,pid2; main() int fd3; char outpipe100,inpipe100; pipe(fd); while(pid1=fork()= =-1); if(pid1= =0) printf(“p1 run!n”); lockf(fd1,1,0); sprintf(outpipe,”child 1 process is sending a message!”); write(fd1,outpipe,50); sleep(1); loc

20、kf(fd1,0,0); exit(0); else while(pid2=fork()= =-1); if(pid2= =0) printf(“p2 run!n”); lockf(fd1,1,0); sprintf(outpipe,”child 2 process is sending a message!”); write(fd1,outpipe,50); sleep(1); lockf(fd1,0,0); exit(0); else printf(“parent run!n”); wait(0); read(fd0,inpipe,50); printf(“%sn”,inpipe); wa

21、it(0); read(fd0,inpipe,50); printf(“%sn”,inpipe); exit(0); 【執(zhí)行結(jié)果】 同學(xué)自己得到實驗結(jié)果。 【分析原因】 同學(xué)自己分析產(chǎn)生該實驗結(jié)果的原因。實驗二 SPOOLing技術(shù)實現(xiàn)一、實驗?zāi)康?加深對SPOOLing （Simultaneaus Periphernal Operating OnLine）系統(tǒng)組成與基本工作原理的理解。2使用客戶/服務(wù)器模式進(jìn)行程序設(shè)計。3使用Linux進(jìn)程技術(shù)，模擬SPOOLing系統(tǒng)中輸出進(jìn)程的工作。4使用Linux進(jìn)程通信技術(shù)，模擬SPOOLing系統(tǒng)工作進(jìn)程與輸出進(jìn)程的數(shù)據(jù)輸出。5使用Linux文件技

22、術(shù)，模擬SPOOLing系統(tǒng)輸出井的工作過程。二、實驗類型設(shè)計性實驗。三、實驗預(yù)備知識 1閱讀Linux進(jìn)程通信技術(shù)（消息和管道）的使用方法。 2閱讀Linux文件操作技術(shù)，掌握文件的基本處理方法。四、實驗內(nèi)容 假脫機打印是SPOOLing系統(tǒng)的典型應(yīng)用。本次實驗的內(nèi)容就是以客戶/服務(wù)器模式模擬假脫機打印的工作過程。工作原理見圖2-1。打印服務(wù)器輸入緩存區(qū)打印隊列輸出井客戶機1請求打印打印文件輸出緩存區(qū)數(shù)據(jù)傳輸客戶機n請求打印數(shù)據(jù)傳輸.圖2-1 模擬假脫機打印工作原理整個系統(tǒng)的工作是先啟動打印服務(wù)器，初始化客戶/服務(wù)器間的通信、準(zhǔn)備輸入緩存區(qū)、打印隊列和輸出井。然后啟動請求打印的客戶機程序（如命令：printmn file.dat），將要打印的文件(如：file.dat)讀入客戶機系統(tǒng)，包裝成客戶機和服務(wù)器之間通信的基本信息單位，放入輸出緩存區(qū)，然后啟動進(jìn)程間通信機制，向打印服務(wù)器發(fā)出請求。服務(wù)器通過進(jìn)程間的通信機制，將客戶機傳送的數(shù)據(jù)放入輸出緩存區(qū)，并向打印隊列申請