2009操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、僅供個(gè)人參考操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書青島理工大學(xué)計(jì)算機(jī)工程學(xué)院二零一一年九月不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考一、課程編號(hào)： 071235二、適用專業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)、軟件工程專業(yè)三、實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)與學(xué)時(shí)：4 個(gè)實(shí)驗(yàn)， 8 學(xué)時(shí)四、操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目的操作系統(tǒng) 是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課， 是涉及較多硬件知識(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件課程。在計(jì)算機(jī)軟硬件課程的設(shè)置上，它起著承上啟下的作用。 操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源實(shí)施管理， 是所有其他軟件與計(jì)算機(jī)硬件的唯一接口，所有用戶在使用計(jì)算機(jī)時(shí)都要得到操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是讓學(xué)生掌握常用操作系統(tǒng)的安裝方法，了解操作系統(tǒng)進(jìn)程管理的基本內(nèi)容，通過(guò)

2、實(shí)驗(yàn)演示了解操作系統(tǒng)是如何進(jìn)行進(jìn)程管理的，為后期操作系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。五、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在虛擬機(jī) Vmware 或者 Virtual Box 上的 Ubuntu 11.10不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考實(shí)驗(yàn) 1 安裝 Linux 操作系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谔摂M機(jī) Vmware或者 Virtual Box 上安裝 Unbuntu 11.10 操作系統(tǒng)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)都將在此環(huán)境上進(jìn)行。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，要求：1、掌握在虛擬機(jī)上安裝操作系統(tǒng)的方法；2、學(xué)會(huì)安裝Linux 系統(tǒng)；3、學(xué)會(huì)啟動(dòng)Linux 系統(tǒng)；4、學(xué)會(huì)在宿主機(jī)Windows XP操作系統(tǒng)下，與虛擬機(jī)上安排的Ubuntu 共享文件的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、把

3、 ubuntu 安裝至虛擬機(jī)上。加載安裝 ubuntu 操作系統(tǒng)的ISO IMG 文件啟動(dòng) ubuntu 虛擬機(jī)按提示分階段裝入系統(tǒng)2、在 Windows 下通過(guò)網(wǎng)絡(luò)磁盤來(lái)訪問(wèn)ubuntu 共享文件夾在虛擬系統(tǒng) Ubuntu 下新建一個(gè)文件夾，右擊該文件夾，選擇屬性，共享，啟用“共享此目錄”，并允許他人在此共享里寫數(shù)據(jù)。注：共享時(shí)需要Samba的支持，系統(tǒng)會(huì)提示安裝。安裝完成Samba后，需要重啟ubuntu 才能生效。 此時(shí)回到XP 時(shí)可在網(wǎng)上鄰居里看到一個(gè) * - desktop server(Samba,Ubuntu)的共享目錄。返回 Windows XP 系統(tǒng)，右擊“網(wǎng)上鄰居”，選擇“

4、映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器”，不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考在“瀏覽”里找到剛才在Ubuntu 下共享的文件夾，選擇后完成映射，這時(shí)打開“我的電腦”會(huì)發(fā)現(xiàn)多了一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器”，如同我們的硬盤一樣。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考這時(shí)你可以在XP 系統(tǒng)里復(fù)制幾個(gè)文件到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，然后進(jìn)入U(xiǎn)buntu 系統(tǒng)，就能看到我們剛才復(fù)制的文件了；當(dāng)然，我們也可以往ubuntu共享文件夾里放文件，在XP 系統(tǒng)使用。注：在創(chuàng)建文件共享的時(shí)候，注意主機(jī)的網(wǎng)卡一定要打開，否則創(chuàng)建共享是不能成功的不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考實(shí)驗(yàn) 2 Linux系統(tǒng)中程序編輯、編譯與調(diào)試工具一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉使用Linux 字符界面、窗口系

5、統(tǒng)的常用命令。2、熟悉運(yùn)用Linux 常用的編程工具。3、掌握在Linux 操作系統(tǒng)環(huán)境上編輯、編譯、調(diào)試、運(yùn)行一個(gè)C 語(yǔ)言程序的全過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、熟悉開機(jī)后登錄Linux 系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的過(guò)程；2、掌握一種Linux 的編輯器，特別是字符界面的vi 工具的使用（詳見(jiàn)VI 簡(jiǎn)易使用手柵）；3、掌握 GCC編譯器的基本用法（詳見(jiàn)GCC使用手冊(cè)及常用命令行）；4、掌握 GDB調(diào)試程序的方法（詳見(jiàn) GDB調(diào)試程序手冊(cè)）。要求在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上完整地進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中 c 程序的調(diào)試，源代碼不能少于 50 行。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考實(shí)驗(yàn) 3 進(jìn)程并發(fā)與同步一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)進(jìn)程概念的理解，區(qū)

6、分進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行與串行執(zhí)行；2、掌握進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的原理，理解進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)；3、了解 fork() 系統(tǒng)調(diào)用的返回值，掌握用fork()創(chuàng)建進(jìn)程的方法；熟悉wait 、exit等系統(tǒng)調(diào)用；4、能利用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)進(jìn)程樹與進(jìn)程間的同步。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、編寫一C 語(yǔ)言程序，實(shí)現(xiàn)在程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用fork( )創(chuàng)建兩個(gè)子進(jìn)程，使父、子三進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，父親進(jìn)程執(zhí)行時(shí)屏幕顯示“I am father”，兒子進(jìn)程執(zhí)行時(shí)屏幕顯示“ I am son ”，女兒進(jìn)程執(zhí)行時(shí)屏幕顯示“I am daughter”。要求多次連續(xù)反復(fù)運(yùn)行這個(gè)程序，觀察屏幕顯示結(jié)果的順序，直至出現(xiàn)不一樣的情況為止。要求有運(yùn)行

7、結(jié)果截圖與結(jié)果分析2、連續(xù) 4 個(gè) fork()的進(jìn)程家族樹，family1-1.c程序清單如下：#include <stdio.h>main()fork();fork();fork();fork();printf( “An ”);請(qǐng)根據(jù)程序運(yùn)行結(jié)果，畫出進(jìn)程家族樹，并分析原因。3、修改程序1，在父、子進(jìn)程中分別使用wait 、exit等系統(tǒng)調(diào)用“實(shí)現(xiàn)”其同步推進(jìn)，父進(jìn)程必須等待兒子進(jìn)程與女兒進(jìn)程結(jié)束，才可以輸出消息。寫出相應(yīng)的同步控制，并分析運(yùn)行結(jié)果。4、創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，并給它加載程序，其功能是調(diào)用鍵盤命令“l(fā)s -l ”，已知該鍵盤命令的路徑與文件名為： /bin/ls 。父進(jìn)

8、程創(chuàng)建子進(jìn)程，并加載 ./child2 程序。寫出相應(yīng)的程序代碼并分析程序運(yùn)行結(jié)果。三、系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建子進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)用： fork()格式int fork( );=0創(chuàng)建成功，從子進(jìn)程返回返回值>0創(chuàng)建成功，從父進(jìn)程返回，其值為子進(jìn)程的PID 號(hào)=-1創(chuàng)建失敗子進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)操作系統(tǒng)的工作：檢查同時(shí)運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)目，若超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定值，則創(chuàng)建失敗，返回-1；為子進(jìn)程分配進(jìn)程控制塊task_struct 結(jié)構(gòu)，并賦予唯一進(jìn)程標(biāo)識(shí)符pid；子進(jìn)程繼承父進(jìn)程打開的所有文件及資源，對(duì)父進(jìn)程的當(dāng)前目錄和所有已打開系統(tǒng)文件不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考表項(xiàng)中的引用記數(shù)加1；為子進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程映像：創(chuàng)建子進(jìn)程映像靜態(tài)

9、部分：復(fù)制父進(jìn)程映像靜態(tài)部分創(chuàng)建子進(jìn)程映像動(dòng)態(tài)部分：初始化task_struct 結(jié)構(gòu)結(jié)束創(chuàng)建， 置子進(jìn)程為內(nèi)存就緒狀態(tài)， 插入就緒隊(duì)列， 作為一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程被系統(tǒng)調(diào)度。若調(diào)用進(jìn)程（父進(jìn)程）返回，則返回創(chuàng)建的子進(jìn)程標(biāo)識(shí)符pid 值（此時(shí)返回值>0 ）；若子進(jìn)程被調(diào)度執(zhí)行，則將其U 區(qū)計(jì)時(shí)字段初始化然后返回（此時(shí)返回值=0）。進(jìn)程睡眠系統(tǒng)調(diào)用：sleep()格式sleep(n);參數(shù)n 表示延時(shí)的秒數(shù)功能進(jìn)程睡眠n 秒進(jìn)程終止系統(tǒng)調(diào)用：exit(status)格式void exit(int status);參數(shù)status 是子進(jìn)程向父進(jìn)程發(fā)送的終止信息，父進(jìn)程使用wait( ) 系統(tǒng)調(diào)用

10、來(lái)接收這個(gè)信息頭文件#include <stdlib.h>將進(jìn)程置僵死狀態(tài)釋放其所占有的資源功能向父進(jìn)程發(fā)本進(jìn)程死信號(hào)， 并發(fā)送信息 status 給父進(jìn)程， 將自己及自己的子進(jìn)程運(yùn)行 CPU 的時(shí)間總和留待父進(jìn)程使用 wait( ) 收集子進(jìn)程終止時(shí)操作系統(tǒng)做以下工作：關(guān)閉軟中斷 :因?yàn)檫M(jìn)程即將終止而不再處理任何軟中斷信號(hào)；回收資源 ：關(guān)閉所有已打開文件，釋放進(jìn)程所有的區(qū)及相應(yīng)內(nèi)存，釋放當(dāng)前目錄及修改根目錄的索引節(jié)點(diǎn)；寫記帳信息 ：將進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的記帳數(shù)據(jù)（其中包括進(jìn)程運(yùn)行時(shí)的各種統(tǒng)計(jì)信息）記錄到一個(gè)全局記帳文件中；置該進(jìn)程為僵死狀態(tài) :向父進(jìn)程發(fā)送子進(jìn)程死的軟中斷信號(hào)

11、，將終止信息 status 送到指定的存儲(chǔ)單元中；轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度 :因?yàn)榇藭r(shí) CPU 已經(jīng)被釋放，需要由進(jìn)程調(diào)度進(jìn)行CPU 再分配。父進(jìn)程等待子進(jìn)程終止系統(tǒng)調(diào)用：wait() 與 waitpid()格式 1pid_t wait(int *stat_addr, 0);參數(shù)*stat_addr 中存放 exit() 所發(fā)來(lái)終止信號(hào) stat 的值。返回值>=0表示有子進(jìn)程終止，其值為終止子進(jìn)程的pid 號(hào)=-1表示無(wú)子進(jìn)程終止頭文件#include < sys/wait.h >#include < sys/types.h >不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考父進(jìn)程使用它等待任意

12、一個(gè)子進(jìn)程終止，如果在執(zhí)行 wait() 之前已經(jīng)有一個(gè)子進(jìn)程結(jié)束了，則對(duì)其做善后處理，并返回子進(jìn)程的pid 號(hào)，如果沒(méi)有則返回1，該進(jìn)功能程阻塞，插入等待子進(jìn)程終止的隊(duì)列，當(dāng)有子進(jìn)程終止時(shí)被喚醒。在&stat_addr中保留了子進(jìn)程僵死時(shí)的終止信息（不是返回值）。注意：一個(gè) wait() 只能用來(lái)等待一個(gè)子進(jìn)程終止，如果等待多個(gè)子進(jìn)程終止則需要使用多個(gè) wait() 。格式 2pid_t waitpid (pid_t pid, int * stat_addr, int options );pid=0等待與父進(jìn)程同組的子進(jìn)程參數(shù)pid=-1 ，options=0等同于 wait() ，

13、等待任意子進(jìn)程pid>0等待給定 pid 號(hào)的子進(jìn)程功能等待指定 pid 的子進(jìn)程終止說(shuō)明： 1）若父進(jìn)程僅僅只是等待任意一個(gè)子進(jìn)程結(jié)束，而不需要取子進(jìn)程發(fā)來(lái)的信號(hào)，則可以簡(jiǎn)單地使用 wait(0) 。2）如果該進(jìn)程沒(méi)有創(chuàng)建自己的子進(jìn)程就不能使用wait() 或 waitpid() ，否則系統(tǒng)會(huì)返回一個(gè)出錯(cuò)信息。3）如果要取子進(jìn)程執(zhí)行exit() 后所發(fā)來(lái)的終止信號(hào)stat，可以使用 *stat 來(lái)取該變量中的值，而不能使用 wait() 的返回值，因?yàn)?wait() 的返回值是該終止子進(jìn)程的pid 號(hào)。將指定的可執(zhí)行文件加載到指定進(jìn)程映像中，覆蓋該進(jìn)程中原有的程序系統(tǒng)調(diào)用： execl

14、()、 execle()、 execlp()、 execv()、 execve()與 execvp()功能將一個(gè)指定的程序裝入調(diào)用它的進(jìn)程的映像中，用這個(gè)可執(zhí)行文件的副本去覆蓋該進(jìn)程的程序空間，從而改變調(diào)用進(jìn)程的執(zhí)行代碼，使調(diào)用進(jìn)程執(zhí)行新引入的可執(zhí)行程序（二進(jìn)制代碼文件）內(nèi)核在響應(yīng)這組系統(tǒng)調(diào)用后做以下工作：1）根據(jù)給出的路徑名找到指定的可執(zhí)行文件，檢查該文件是否可執(zhí)行，用戶是否具有執(zhí)行權(quán)限（該文件必須是編譯連接后的二進(jìn)制代碼）。2）將該文件載入到調(diào)用它的進(jìn)程映像中覆蓋其原來(lái)的程序。3）為該程序的執(zhí)行設(shè)置參數(shù)數(shù)組和環(huán)境變量。4）啟動(dòng)該進(jìn)程進(jìn)入新的程序入口點(diǎn)去執(zhí)行。此組函數(shù)執(zhí)行時(shí)，如果加載成功則直

15、接執(zhí)行，沒(méi)有返回；若加載不成功則返回-1。格式 1execv(file, argv)參數(shù)char *file指向文件全名（路徑名/文件名）的指針char *argvn指向命令及參數(shù)的指針功能1）執(zhí)行參數(shù)指定的命令或文件。2）用該命令或可執(zhí)行文件的副本覆蓋調(diào)用它的子進(jìn)程的映像返回值=-1表示錯(cuò)誤返回頭文件#include <unistd.h >格式 2execl( “路徑名 /文件名 ”, 0)說(shuō)明功能、返回值、頭文件均同格式1使用方法：1）事先準(zhǔn)備好子進(jìn)程要執(zhí)行的程序，并將它編譯連接成可執(zhí)行文件，記下該文件的路徑名和文件名。如果不帶參數(shù)則可以直接使用execl() ，帶參數(shù)則使用e

16、xecv()。2）在父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程之前，在程序中事先定義子進(jìn)程要執(zhí)行的程序文件的文件標(biāo)識(shí)符path不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考和參數(shù)數(shù)組 argv ，其中的環(huán)境值可以用 NULL 取代。如果不帶參數(shù)使用 execl() ，則這一步可以不做。3）創(chuàng)建子進(jìn)程后，在子進(jìn)程的分支中，如果不帶參數(shù)使用execl(filepath,0) ，如果帶參數(shù)則使用 execv(filepath,argv) 來(lái)實(shí)現(xiàn)用指定的程序filepath 覆蓋子進(jìn)程映像中原有的程序。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考實(shí)驗(yàn) 4 進(jìn)程通信一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深理解進(jìn)程通信的方法與原理；2、掌握如何利用管道機(jī)制、消息緩沖隊(duì)列、共享存儲(chǔ)區(qū)機(jī)

17、制進(jìn)行進(jìn)程間的通信。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 、了解系統(tǒng)調(diào)用pipe()、 msgget() 、msgsnd() 、msgrcv() 、 msgctl()、 shmget() 、shmat() 、shmdt() 、shmctl()的功能和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。2、編寫一C 語(yǔ)言程序，使其用管道來(lái)實(shí)現(xiàn)父子進(jìn)程間通信。子進(jìn)程向父進(jìn)程發(fā)送字符串“ is sending a message to parent!”；父進(jìn)程則從管道中讀出子進(jìn)程發(fā)來(lái)的消息，并將其顯示到屏幕上，然后終止。3、運(yùn)行該程序，觀察、記錄并簡(jiǎn)單分析其運(yùn)行結(jié)果。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study a