山東大學(xué)操作系統(tǒng)實驗報告4進程同步實驗1

1、山東大學(xué)操作系統(tǒng)實驗報告4進程同步實驗計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實驗報告實驗題目：實驗四、進程同步實驗學(xué)號：日期：20120409 班級：計基地12 姓名：實驗?zāi)康模杭由顚Σl(fā)協(xié)作進程同步與互斥概念的理解，觀察和體驗并發(fā)進程同步與互斥操作的效果，分析與研究經(jīng)典進程同步與互斥問題的實際解決方案。了解 linux 系統(tǒng)中 ipc 進程同步工具的用法，練習(xí)并發(fā)協(xié)作進程的同步與互斥操作的編程與調(diào)試技術(shù)。實驗內(nèi)容：抽煙者問題。假設(shè)一個系統(tǒng)中有三個抽煙者進程，每個抽煙者不斷地卷煙并抽煙。抽煙者卷起并抽掉一顆煙需要有三種材料：煙草、紙和膠水。一個抽煙者有煙草，一個有紙，另一個有膠水。系統(tǒng)中還有兩個供應(yīng)者進程，它們

2、無限地供應(yīng)所有三種材料，但每次僅輪流提供三種材料中的兩種。得到缺失的兩種材料的抽煙者在卷起并抽掉一顆煙后會發(fā)信號通知供應(yīng)者，讓它繼續(xù)提供另外的兩種材料。這一過程重復(fù)進行。請用以上介紹的 ipc 同步機制編程，實現(xiàn)該問題要求的功能。硬件環(huán)境：處理器：intel? core?i3-2350m cpu 2.30ghz 4圖形：intel? sandybridge mobile x86/mmx/sse2內(nèi)存：4g操作系統(tǒng)：32位磁盤：20.1 gb軟件環(huán)境：ubuntu13.04實驗步驟：（1）新建定義了producer和consumer共用的ipc函數(shù)原型和變量的ipc.h文件。（2）新建ipc.c

3、文件，編寫producer和consumer共用的ipc的具體相應(yīng)函數(shù)。（3）新建producer文件，首先定義producer的一些行為，利用系統(tǒng)調(diào)用，建立共享內(nèi)存區(qū)域，設(shè)定其長度并獲取共享內(nèi)存的首地址。然后設(shè)定生產(chǎn)者互斥與同步的信號燈，并為他們設(shè)置相應(yīng)的初值。當(dāng)有生產(chǎn)者進程在運行而其他生產(chǎn)者請求時，相應(yīng)的信號燈就會阻止他，當(dāng)共享內(nèi)存區(qū)域已滿時，信號等也會提示生產(chǎn)者不能再往共享內(nèi)存中放入內(nèi)容。（4）新建consumer文件，定義consumer的一些行為，利用系統(tǒng)調(diào)用來創(chuàng)建共享內(nèi)存區(qū)域，并設(shè)定他的長度并獲取共享內(nèi)存的首地址。然后設(shè)定消費者互斥與同步的信號燈，并為他們設(shè)置相應(yīng)的初值。當(dāng)有消費進

4、程在運行而其他消費者請求時，相應(yīng)的信號燈就會阻止它，當(dāng)共享內(nèi)存區(qū)域已空時，信號等也會提示生產(chǎn)者不能再從共享內(nèi)存中取出相應(yīng)的內(nèi)容。 運行的消費者應(yīng)該與相應(yīng)的生產(chǎn)者對應(yīng)起來，只有這樣運行結(jié)果才會正確。 結(jié)論分析與體會：實現(xiàn)方式：consumer：#include ipc.hint main(int argc,char *argv) int rate = 3;int consumerid=atoi(argv1);buff_h = 101;buff_number = 1;cget_h = 103;cget_number = 1;shm_flg = ipc_creat | 0644;buff_ptr =

5、 (char *)set_shm(buff_h,buff_number,shm_flg);cget_ptr = (int *)set_shm(cget_h,cget_number,shm_flg);prod_h = 201;pmtx_h = 202;cons_h = 301;cmtx_h = 302;sem_flg = ipc_creat | 0644;sem_val = buff_number;prod_sem = set_sem(prod_h,sem_val,sem_flg);sem_val = 0;cons_sem = set_sem(cons_h,sem_val,sem_flg);se

6、m_val = 1;cmtx_sem = set_sem(cmtx_h,sem_val,sem_flg);if(consumerid=0)*cget_ptr=0;while(1)if(buff_ptr0-a=consumerid)down(cons_sem);down(cmtx_sem);sleep(rate);if(buff_ptr0=a)printf(%d the consumer has glue.nthe consumer gets tobacco and papern,getpid();if(buff_ptr0=b)printf(%d the consumer has paper.n

7、the consumer gets tobacco and gluen,getpid(); if(buff_ptr0=c) printf(%d the consumer has tobacco.nthe consumer gets glue and papern,getpid();*cget_ptr = (*cget_ptr+1);if(*cget_ptr%2=0)buff_ptr0=d;elsebuff_ptr0=e;up(cmtx_sem);up(prod_sem);return exit_success;producer：#include ipc.hint main(int argc,c

8、har *argv)int rate=3;int producerid=atoi(argv1);buff_h=101;buff_number=1;pput_h=102;pput_number=1;shm_flg=ipc_creat|0644;buff_ptr = (char *)set_shm(buff_h,buff_number,shm_flg);pput_ptr = (int *)set_shm(pput_h,pput_number,shm_flg);prod_h = 201;pmtx_h = 202;cons_h = 301;cmtx_h = 302;sem_flg = ipc_crea

9、t|0644;sem_val = buff_number;prod_sem = set_sem(prod_h,sem_val,sem_flg);sem_val = 0;cons_sem = set_sem(cons_h,sem_val,sem_flg);sem_val = 1;pmtx_sem = set_sem(pmtx_h,sem_val,sem_flg); if(producerid=0) buff_ptr0=d;*pput_ptr=0;while(1)if(buff_ptr0-d=producerid)down(prod_sem);down(pmtx_sem);*pput_ptr =

10、(*pput_ptr+1)%3;if(*pput_ptr=0)buff_ptr0 = a;printf(%d the producer gives tobacco and papern,getpid();if(*pput_ptr=1)buff_ptr0 = b;printf(%d the producer gives tobacco and gluen,getpid();if(*pput_ptr=2)buff_ptr0 = c;printf(%d the producer gives glue and papern,getpid();sleep(rate);up(pmtx_sem);up(co

11、ns_sem);return exit_success;ipc.h：#include ipc.hint get_ipc_id(char *proc_file,h_t h) file *pf;int m,n;char linebufsz,columbufsz;if(pf = fopen(proc_file,r) = null)perror(proc file not open);exit(exit_failure);fgets(line, bufsz,pf);while(!feof(pf)m = n = 0; fgets(line, bufsz,pf); while(linem = )m+;wh

12、ile(linem != )column+ = linem+;column = 0;if(atoi(colum) != h)continue;n=0;while(linem = )m+;while(linem != )column+ = linem+;column = 0;m = atoi(colum);fclose(pf);return m;fclose(pf);return -1;int down(int sem_id) struct sembuf buf;buf.sem_op = -1;buf.sem_number = 0;buf.sem_flg = sem_undo;if(semop(

13、sem_id,&buf,1) exit(exit_failure);return exit_success;int up(int sem_id)struct sembuf buf;buf.sem_op = 1;buf.sem_number = 0;buf.sem_flg = sem_undo;if(semop(sem_id,&buf,1) exit(exit_failure); return exit_success; int set_sem(h_t sem_h,int sem_val,int sem_flg) int sem_id;sem_uns sem_arg;if(sem_id = ge

14、t_ipc_id(/proc/sysvipc/sem,sem_h) perror(semaphore create error);exit(exit_failure);sem_arg.val = sem_val;if(semctl(sem_id,0,setval,sem_arg) perror(semaphore set error);exit(exit_failure);return sem_id;char * set_shm(h_t shm_h,int shm_number,int shm_flg) int m,shm_id;char * shm_buf;if(shm_id = get_i

15、pc_id(/proc/sysvipc/shm,shm_h) exit(exit_failure);if(shm_buf = (char *)shmat(shm_id,0,0) exit(exit_failure);for(m=0; mshm_bufm = 0;if(shm_buf = (char *)shmat(shm_id,0,0) exit(exit_failure);return shm_buf;int set_msq(h_t msq_h,int msq_flg) int msq_id; if(msq_id = get_ipc_id(/proc/sysvipc/msg,msq_h) p

16、error(messagequeue set error);exit(exit_failure);return msq_id;實驗結(jié)果： 分析： 多進程的系統(tǒng)中避免不了進程間的相互關(guān)系。進程互斥是進程之間發(fā)生的一種間接性作用，一般是程序不希望的。通常的情況是兩個或兩個以上的進程需要同時訪問某個共享變量。我們一般將發(fā)生能夠問共享變量的程序段稱為臨界區(qū)。兩個進程不能同時進入臨界區(qū)，否則就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致，產(chǎn)生與時間有關(guān)的錯誤。解決互斥問題應(yīng)該滿足互斥和公平兩個原則，即任意時刻只能允許一個進程處于同一共享變量的臨界區(qū)，而且不能讓任一進程無限期地等待。進程同步是進程之間直接的相互作用，是合作進程間有

17、意識的行為，典型的例子是公共汽車上司機與售票員的合作。只有當(dāng)售票員關(guān)門之后司機才能啟動車輛，只有司機停車之后售票員才能開車門。司機和售票員的行動需要一定的協(xié)調(diào)。同樣地，兩個進程之間有時也有這樣的依賴關(guān)系，因此我們也要有一定的同步機制保證它們的執(zhí)行次序。信號量機制就是其中的一種。信號燈機制即利用pv操作來對信號量進行處理。pv操作由p操作原語和v 操作原語組成（原語是不可中斷的過程），對信號量進行操作，具體定義如下： p（s）：將信號量s的值減1，即s=s-1；如果s30，則該進程繼續(xù)執(zhí)行；否則該進程置為等待狀態(tài)，排入等待隊列。v（s）：將信號量s的值加1，即s=s+1；如果s0，則該進程繼續(xù)執(zhí)

18、行；否則釋放隊列中第一個等待信號量的進程。pv操作的意義：我們用信號量及pv操作來實現(xiàn)進程的同步和互斥。信號量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為一個值和一個指針，指針指向等待該信號量的下一個進程。信號量的值與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)。當(dāng)它的值大于0時，表示當(dāng)前可用資源的數(shù)量；當(dāng)它的值小于0時，其絕對值表示等待使用該資源的進程個數(shù)。信號量的值僅能由pv操作來改變。一般來說，信號量s30時，s表示可用資源的數(shù) 量。執(zhí)行一次p操作意味著請求分配一個單位資源，因此s的值減1；當(dāng)s使用多于 4 個的生產(chǎn)者和消費者，以各種不同的啟動順序、不同的執(zhí)行速率檢測以上示例程序和獨立實驗程序也能滿足同步的要求。因為使用信號量滿足進程互斥的要求，任意時刻進入臨界區(qū)的進程只有一個。而進程是通過信號量喚醒阻塞進程，依然可以實現(xiàn)進程同