操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

操作系統(tǒng)試驗(yàn)匯報(bào)學(xué)號(hào)姓名班級(jí)試驗(yàn)一試驗(yàn)匯報(bào)【試驗(yàn)名稱】：并發(fā)程序設(shè)計(jì)（試驗(yàn)1）【試驗(yàn)?zāi)康摹浚赫莆赵诔绦蛑袆?chuàng)立新進(jìn)程的措施，觀測(cè)并理解多道程序并發(fā)執(zhí)行的現(xiàn)象?！驹囼?yàn)原理】：fork():建立子進(jìn)程。子進(jìn)程得到父進(jìn)程地址空間的一種復(fù)制。返回值：成功時(shí)，該函數(shù)被調(diào)用一次，但返回兩次，fork（）對(duì)子進(jìn)程返回0，對(duì)父進(jìn)程返回子進(jìn)程標(biāo)識(shí)符（非0值）。不成功時(shí)對(duì)父進(jìn)程返回-1，沒有子進(jìn)程?！驹囼?yàn)內(nèi)容】：首先分析一下程序運(yùn)行時(shí)其輸出成果有哪幾種也許性，然后實(shí)際調(diào)試該程序觀測(cè)其實(shí)際輸出狀況，比較兩者的差異，分析其中的原因。voidmain(void){intx=5;if(fork()){x+=30;printf(“%d\n”,x);}elseprintf(“%d\n”,x);printf((“%d\n”,x);}【試驗(yàn)規(guī)定】：每個(gè)同學(xué)必須獨(dú)立完畢本試驗(yàn)、提交試驗(yàn)匯報(bào)、源程序和可執(zhí)行程序。試驗(yàn)匯報(bào)中必須包括估計(jì)的試驗(yàn)成果，關(guān)鍵代碼的分析，調(diào)試記錄，實(shí)際的試驗(yàn)成果，試驗(yàn)成果分析等內(nèi)容?！竟烙?jì)的試驗(yàn)成果】 35 5 35 5【關(guān)鍵代碼分析】代碼重要由fork()函數(shù)和一種ifelse條件分支語(yǔ)句構(gòu)成。fork()函數(shù)，它是Linux的系統(tǒng)調(diào)用。函數(shù)定義：intfork(void);返回值：子進(jìn)程中返回0，父進(jìn)程中返回子進(jìn)程ID，出錯(cuò)返回-1函數(shù)闡明：一種既有進(jìn)程可以調(diào)用fork函數(shù)創(chuàng)立一種新進(jìn)程。由fork創(chuàng)立的新進(jìn)程被稱為子進(jìn)程（childprocess）。fork函數(shù)被調(diào)用一次但返回兩次。兩次返回的唯一區(qū)別是子進(jìn)程中返回0值而父進(jìn)程中返回子進(jìn)程ID。子進(jìn)程是父進(jìn)程的副本，它將獲得父進(jìn)程數(shù)據(jù)空間、堆、棧等資源的副本。注意，子進(jìn)程持有的是上述存儲(chǔ)空間的“副本”，這意味著父子進(jìn)程間不共享這些存儲(chǔ)空間，它們之間共享的存儲(chǔ)空間只有代碼段。linux將復(fù)制父進(jìn)程的地址空間內(nèi)容給子進(jìn)程，因此，子進(jìn)程有了獨(dú)立的地址空間。父進(jìn)程和子進(jìn)程的代碼段都是上面的所有代碼，由定義可知不過(guò)子進(jìn)程的代碼只從創(chuàng)立此子進(jìn)程那里開始執(zhí)行。也就是從if(fork())語(yǔ)句開始，出現(xiàn)了子進(jìn)程，兩個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。當(dāng)這個(gè)程序執(zhí)行if(fork())時(shí)，操作系統(tǒng)創(chuàng)立一種新的進(jìn)程（子進(jìn)程），并且在進(jìn)程表中對(duì)應(yīng)為它建立一種新的PCB表項(xiàng)。其中子進(jìn)程從父進(jìn)程繼承到了大部分的參數(shù)。也有獨(dú)有的參數(shù)，如進(jìn)程號(hào)等。不過(guò)此后他們是獨(dú)立的兩個(gè)進(jìn)程。在子進(jìn)程里創(chuàng)立的東西是子進(jìn)程的，在父進(jìn)程創(chuàng)立的東西是父進(jìn)程的?？梢酝耆?dāng)作一般的兩個(gè)進(jìn)程。因此在執(zhí)行printf((“%d\n”,x);的時(shí)候，父子進(jìn)程當(dāng)然都會(huì)執(zhí)行它，由于他們自身程序段里均有這句代碼。【調(diào)試記錄】 在紅帽終端里做gdb調(diào)試在第五行加入斷點(diǎn)，執(zhí)行run得到55,這是子進(jìn)程執(zhí)行的成果。再執(zhí)行next得到3535，這是父進(jìn)程的成果。這里可以看出，由父進(jìn)程創(chuàng)立的子進(jìn)程先執(zhí)行完畢，不過(guò)宏觀上是并發(fā)執(zhí)行?！緦?shí)際的試驗(yàn)成果】553535【試驗(yàn)成果分析】從實(shí)際成果來(lái)看，子進(jìn)程比父進(jìn)程先執(zhí)行完，不過(guò)由fork函數(shù)，我們可知，兩者優(yōu)先級(jí)應(yīng)當(dāng)是同樣的。至于哪個(gè)也許先執(zhí)行，也許和操作系統(tǒng)的詳細(xì)調(diào)度算法有關(guān)。當(dāng)試驗(yàn)超過(guò)一定次數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)會(huì)出現(xiàn)其他成果。試驗(yàn)二試驗(yàn)匯報(bào)【試驗(yàn)名稱】：進(jìn)程通信（試驗(yàn)2）【試驗(yàn)?zāi)康摹浚赫莆沼绵]箱方式進(jìn)行進(jìn)程通信的措施，并通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)樸郵箱理解進(jìn)程通信中的同步問題以及處理該問題的措施。【試驗(yàn)原理】：郵箱機(jī)制類似于平常使用的信箱。對(duì)于顧客而言使用起來(lái)比較以便，顧客只需使用send（）向?qū)Ψ洁]箱發(fā)郵件receive（）從自己郵箱取郵件，send（）和receive（）的內(nèi)部操作顧客無(wú)需關(guān)懷。由于郵箱在內(nèi)存中實(shí)現(xiàn)，其空間有大小限制。其實(shí)send（）和receive（）的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)重要還是要處理生產(chǎn)者與消費(fèi)者問題。進(jìn)程A進(jìn)程A進(jìn)程B信箱A信箱BSend()Send()receive()receive()【試驗(yàn)內(nèi)容】：進(jìn)程通信的郵箱方式由操作系統(tǒng)提供形如send（）和receive（）的系統(tǒng)調(diào)用來(lái)支持，本試驗(yàn)規(guī)定學(xué)生首先查找資料理解所選用操作系統(tǒng)平臺(tái)上用于進(jìn)程通信的系統(tǒng)調(diào)用品體形式，然后使用該系統(tǒng)調(diào)用編寫程序進(jìn)行進(jìn)程間的通信，規(guī)定程序運(yùn)行成果可以直觀地體目前界面上。在此基礎(chǔ)上查找所選用操作系統(tǒng)平臺(tái)上支持信號(hào)量機(jī)制的系統(tǒng)調(diào)用品體形式，運(yùn)用生產(chǎn)者與消費(fèi)者模型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)樸的信箱，該信箱需要有創(chuàng)立、發(fā)信、收信、撤銷等函數(shù)，至少可以支持兩個(gè)進(jìn)程互相互換信息，比較自己實(shí)現(xiàn)的信箱與操作系統(tǒng)自身提供的信箱，分析兩者之間存在的異同?！驹囼?yàn)規(guī)定】：每個(gè)同學(xué)必須獨(dú)立完畢本試驗(yàn)、提交試驗(yàn)匯報(bào)、源程序和可執(zhí)行程序。試驗(yàn)匯報(bào)中必須包括背景知識(shí)簡(jiǎn)介，設(shè)計(jì)方案，估計(jì)的試驗(yàn)成果，關(guān)鍵代碼的分析，調(diào)試記錄，實(shí)際的試驗(yàn)成果，試驗(yàn)成果分析等內(nèi)容。【背景知識(shí)簡(jiǎn)介】：1、sembuf數(shù)據(jù)構(gòu)造structsembuf{unsignedshortintsem_num;//semaphorenumbershortintsem_op;//semaphoreoperationshortintsem_flg;//operationflag};sem_num：是相對(duì)應(yīng)的信號(hào)量集中的某一種資源，因此其值是一種從0到對(duì)應(yīng)的信號(hào)量集的資源總數(shù)（ipc_perm.sem_nsems）之間的整數(shù)。sem_op:指明所要執(zhí)行的操作。假如其值為正數(shù)，該值會(huì)加到既有的信號(hào)內(nèi)含值中。一般用于釋放所控資源的使用權(quán)；假如sem_op的值為負(fù)數(shù)，而其絕對(duì)值又不小于信號(hào)的現(xiàn)值，操作將會(huì)阻塞，直到信號(hào)值不小于或等于sem_op的絕對(duì)值。一般用于獲取資源的使用權(quán)；假如sem_op的值為0，則操作將臨時(shí)阻塞，直到信號(hào)的值變?yōu)?。sem_flg：信號(hào)操作標(biāo)志，也許的選擇有兩種

IPC_NOWAIT//對(duì)信號(hào)的操作不能滿足時(shí)，semop()不會(huì)阻塞，并立即返回，同步設(shè)定錯(cuò)誤信息。

IPC_UNDO//程序結(jié)束時(shí)(不管正?；虿徽?，保證信號(hào)值會(huì)被重設(shè)為semop()調(diào)用前的值。這樣做的目的在于防止程序在異常狀況下結(jié)束時(shí)未將鎖定的資源解鎖，導(dǎo)致該資源永遠(yuǎn)鎖定。2、semop函數(shù)函數(shù)原型：intsemop(intsemid,structsembuf*sops,unsignednsops);參數(shù)闡明：semid：信號(hào)集的識(shí)別碼，可通過(guò)semget獲取。sops：指向存儲(chǔ)信號(hào)操作構(gòu)造的數(shù)組指針。nsops：信號(hào)操作構(gòu)造的數(shù)量，恒不小于或等于1。返回闡明：成功執(zhí)行時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都返回0。失敗返回-1，錯(cuò)誤信息保留在errno中。3、semget函數(shù)函數(shù)原型：intsemget(key_tkey,intnsems,intsemflg);參數(shù)闡明：key：關(guān)鍵字值一般是由系統(tǒng)調(diào)用ftok()返回的nsems：指出了一種新的信號(hào)量集中應(yīng)當(dāng)創(chuàng)立的信號(hào)量的個(gè)數(shù)semflg：打開和存取操作與參數(shù)semflg中的內(nèi)容有關(guān)。返回闡明：假如成功，則返回信號(hào)量集的IPC標(biāo)識(shí)符。假如失敗，返回-1，錯(cuò)誤信息保留在errno中。4、semctl函數(shù)函數(shù)原型：intsemctl(intsemid,intsemnum,intcmd,unionsemunarg);參數(shù)闡明：senid：關(guān)鍵字值semnum：信號(hào)量數(shù)目cmd：要操作的詳細(xì)命令arg：semnu的一種聯(lián)合類型的副本。返回闡明：返回值：假如成功，則為一種正數(shù)。假如失敗，則為-1。錯(cuò)誤信息保留在errno中。5、pthread_create函數(shù)函數(shù)原型：intpthread_create(pthread_t*restricttidp,constpthread_attr_t*restrictattr,void*（*start_rtn)(void*),void*restrictarg);參數(shù)闡明：tidp：指向線程標(biāo)識(shí)符的指針。

attr：用來(lái)設(shè)置線程屬性。

第三個(gè)參數(shù)是線程運(yùn)行函數(shù)的起始地址。

arg：運(yùn)行函數(shù)的參數(shù)?！驹O(shè)計(jì)方案】：采用兩個(gè)程序并行的方式，打開兩個(gè)終端，為兩個(gè)進(jìn)程都創(chuàng)立一種郵箱。并且，規(guī)定先輸入操作命令，使信箱執(zhí)行哪種操作，以完畢兩個(gè)進(jìn)程間的郵件通信。同步，還應(yīng)采用pv操作，使當(dāng)郵箱滿和空的時(shí)候，分別不能執(zhí)行發(fā)送和接受的工作?！驹囼?yàn)估計(jì)成果】：A_Receive（）和B_Receive（）分別接受B_Send（）和A_Send（）發(fā)出的信息，發(fā)送的信息和接受的信息應(yīng)當(dāng)同樣?！娟P(guān)鍵代碼分析】：PV操作實(shí)現(xiàn)：intp(intsem_id){structsembufsem_b;sem_b.sem_num=0;sem_b.sem_op=-1;//V操作只需將-1改為0。sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){return0;}return1;}A向B發(fā)送信息：void*A_Send(void*arg){ inti;for(i=0;i<10;i++){ semaphore_P(sem_idAs); //P操作 semaphore_P(a_mutex_semaphore); //互斥 intnumber=rand(); //隨機(jī)數(shù)為發(fā)送的郵件 printf("AsendtoB：%d\n",number); b_buf[b_buf_top]=number;//郵箱B中接受A發(fā)送的郵件 b_buf_top+=1;//A向B發(fā)送郵件，B的郵件數(shù)量加一 semaphore_V(a_mutex_semaphore); //互斥 semaphore_V(sem_idBr);//V操作 sleep(1);}}【調(diào)試記錄】：pthread庫(kù)不是Linux系統(tǒng)默認(rèn)的庫(kù)，連接時(shí)需要使用庫(kù)libpthread.a,因此在使用pthread_create創(chuàng)立線程時(shí)，在編譯中要加-lpthread參數(shù)gcc-w-lpthreadsemaphore.c【試驗(yàn)的實(shí)際成果】：yuiuiui@yuiuiui-desktop:-$gcc-w-osemaphore-lpthreadsemaphore.cyuiuiui@yuiuiui-desktop:-$./semaphoreBsendtoA：2AreceivefromB：2AsendtoB：56BreceivefromA:56BsendtoA：37AreceivefromB：37AsendtoB：45BreceivefromA:45BsendtoA：97AreceivefromB：97AsendtoB：145BreceivefromA:145BsendtoA：564AreceivefromB：564AsendtoB：5647BreceivefromA:5647BsendtoA：23123AreceivefromB：23123AsendtoB：asdfBreceivefromA:asdfBsendtoA：rtAreceivefromB：rt【試驗(yàn)成果分析】：四個(gè)線程并發(fā)運(yùn)行，A_Send（）和B_Send（）發(fā)出信息，同步打印出發(fā)出的信息內(nèi)容；A_Receive（）和B_Receive（）分別接受B_Send（）和A_Send（）發(fā)出的信息，并打印出接受的信息內(nèi)容。發(fā)出的內(nèi)容和接受的內(nèi)容同樣，符合時(shí)間狀況。試驗(yàn)三試驗(yàn)匯報(bào)【試驗(yàn)?zāi)康摹浚赫莆沾疟P的工作原理和操作系統(tǒng)進(jìn)行文獻(xiàn)管理的原理【試驗(yàn)原理】：硬盤的MBR：MBR（MainBootRecord）,按其字面上的理解即為主引導(dǎo)記錄區(qū)，位于整個(gè)硬盤的0磁道0柱面1扇區(qū)。在總共512字節(jié)的主引導(dǎo)扇區(qū)中，MBR只占用了其中的446個(gè)字節(jié)（偏移0000--偏移01BD），此外的64個(gè)字節(jié)（偏移01BE--偏移01FD）交給了DPT(DiskPartitionTable硬盤分區(qū)表),最終兩個(gè)字節(jié)"55，AA"（偏移01FE-偏移01FF）是分區(qū)的結(jié)束標(biāo)志。這個(gè)整體構(gòu)成了硬盤的主引導(dǎo)扇區(qū)。大體的構(gòu)造如圖所示：硬盤根據(jù)分區(qū)表中的信息把硬盤劃分為最多四個(gè)分區(qū)（對(duì)于擴(kuò)展分區(qū)，可深入劃分為多種邏輯分區(qū)）。U盤采用類似的措施劃分分區(qū)。每個(gè)分區(qū)或軟盤上可建立獨(dú)立的文獻(xiàn)系統(tǒng)。下圖是FAT文獻(xiàn)系統(tǒng)空間分布構(gòu)造。引導(dǎo)扇區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)FAT1FAT2根目錄區(qū)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)【試驗(yàn)內(nèi)容】：在掌握磁盤的工作原理和操作系統(tǒng)進(jìn)行文獻(xiàn)管理原理的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)實(shí)目前磁盤上建立文獻(xiàn)系統(tǒng)的軟件，該軟件應(yīng)當(dāng)具有與Format類似的功能，至少支持一種文獻(xiàn)系統(tǒng)格式，如FAT、NTFS或EXT2，至少可以對(duì)一種媒體進(jìn)行格式化，如軟盤，U盤或硬盤（不得在試驗(yàn)室的機(jī)器上進(jìn)行硬盤格式化的試驗(yàn)）等。不能直接調(diào)用操作系統(tǒng)提供的格式化工具或類似SHFormatDrive（）的高層系統(tǒng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)該軟件。在DOS環(huán)境可使用biosdisk()函數(shù)完畢底層盤操作，在Windows環(huán)境可使用WriteFile()函數(shù)完畢底層盤操作，在Linux環(huán)境上可參照f(shuō)ormat的源代碼。比較自己設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的軟件與FORMAT，分析存在什么異同?！驹囼?yàn)規(guī)定】每個(gè)同學(xué)必須獨(dú)立完畢本試驗(yàn)、提交試驗(yàn)匯報(bào)、源程序和可執(zhí)行程序。試驗(yàn)匯報(bào)中必須包括背景知識(shí)簡(jiǎn)介，設(shè)計(jì)方案，估計(jì)的試驗(yàn)成果，關(guān)鍵代碼的分析，調(diào)試記錄，實(shí)際的試驗(yàn)成果，試驗(yàn)成果分析等內(nèi)容。背景知識(shí)簡(jiǎn)介一種分區(qū)或磁盤能作為文獻(xiàn)系統(tǒng)使用前，需要初始化，并將記錄數(shù)據(jù)構(gòu)造寫到磁盤上。這個(gè)過(guò)程就叫建立文獻(xiàn)系統(tǒng)。大部分linux文獻(xiàn)系統(tǒng)種類具有類似的通用構(gòu)造。其中心概念是超級(jí)塊superblock,i節(jié)點(diǎn)inode,數(shù)據(jù)塊datablock,目錄塊directoryblock,和間接塊indirectionblock。超級(jí)塊包括文獻(xiàn)系統(tǒng)的總體信息。i節(jié)點(diǎn)包括除了名字外的一種文獻(xiàn)的所有信息，名字與i節(jié)點(diǎn)數(shù)目一起存在目錄中，目錄條目包括文獻(xiàn)名和文獻(xiàn)的i節(jié)點(diǎn)數(shù)目。i節(jié)點(diǎn)包括幾種數(shù)據(jù)塊的數(shù)目，用于存儲(chǔ)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)。i節(jié)點(diǎn)中只有少許數(shù)據(jù)塊數(shù)的空間，假如需要更多，會(huì)動(dòng)態(tài)分派指向數(shù)據(jù)塊的指針空間。這些動(dòng)態(tài)分派的塊是間接塊；為了找到數(shù)據(jù)塊，這名字指出它必須先找到間接塊的號(hào)碼。Linux文獻(xiàn)系統(tǒng)一般容許在文獻(xiàn)中產(chǎn)生孔(hole),意思是文獻(xiàn)系統(tǒng)假裝文獻(xiàn)中有一種特殊的位置只有0字節(jié)，但沒有為這文獻(xiàn)的這個(gè)位置保留實(shí)際的磁盤空間。這對(duì)小的二進(jìn)制文獻(xiàn)常常發(fā)生，Linux共享庫(kù)、某些數(shù)據(jù)庫(kù)和其他某些特殊狀況。設(shè)計(jì)方案1、用一種文獻(xiàn)（3）模擬一種物理硬盤,通過(guò)對(duì)該文獻(xiàn)格式化操作，模擬linux文獻(xiàn)系統(tǒng)中的文獻(xiàn)操作。2、將文獻(xiàn)劃分為四個(gè)分區(qū)估計(jì)的試驗(yàn)成果文獻(xiàn)會(huì)被格式化，原先文獻(xiàn)里的內(nèi)容都會(huì)刪除，創(chuàng)立新的文獻(xiàn)系統(tǒng)。關(guān)鍵代碼的分析1、i節(jié)點(diǎn)構(gòu)造structinode{ structinode*i_forw; structinode*i_back; chari_flag; unsignedinti_ino;//磁盤i節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào) unsignedinti_count;//引用計(jì)數(shù) unsignedshortdi_number;//關(guān)聯(lián)文獻(xiàn)數(shù) unsignedshortdi_mode;//存取權(quán)限 unsignedshortdi_uid;//磁盤i節(jié)點(diǎn)顧客id unsignedshortdi_gid;//磁盤i節(jié)點(diǎn)住id unsignedintdi_size;//大小 unsignedintdi_addr[NADDR];//物理塊號(hào)};