操作系統(tǒng)實(shí)習(xí)報(bào)告全

進(jìn)程與線程—Linux進(jìn)程與線程通訊設(shè)計(jì)目的深刻理解線程和進(jìn)程的概念，掌握線程與進(jìn)程在構(gòu)成成分上的差別以及與其相適應(yīng)的通訊方式和應(yīng)用目的。設(shè)計(jì)的內(nèi)容1、以Linux系統(tǒng)進(jìn)程和線程機(jī)制為背景，掌握fork()和clone（）系統(tǒng)調(diào)用的2、形式和功效以及與其相適應(yīng)的高級通訊方式。由fork派生的子進(jìn)程之間通過pipe通訊，由clone創(chuàng)立的線程之間通過共享內(nèi)存通訊，對于后者需要考慮互斥問題。3、以生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題為例，通過實(shí)驗(yàn)理解fork（）和clone（）兩個系統(tǒng)調(diào)用的區(qū)別。程序規(guī)定能夠創(chuàng)立4個進(jìn)程或線程，其中涉及兩個生產(chǎn)者和兩個消費(fèi)者，生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間能夠傳遞數(shù)據(jù)。三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備1、fork系統(tǒng)調(diào)用、pid=fork()創(chuàng)立一種子進(jìn)程，子進(jìn)程是父進(jìn)程的完整復(fù)制，正常返回值為非負(fù)整數(shù)，對于父進(jìn)程來說該數(shù)不不大于0，是子進(jìn)程的編號(pid)；對于子進(jìn)程來說該數(shù)為0。正是運(yùn)用反回值的差別能夠決定兩者不同的后繼動作。2、clone系統(tǒng)調(diào)用intclone(int(*fn)(void*arg),void*stack,intflags,void*arg);其中fn是輕進(jìn)程所執(zhí)行的函數(shù)，stack是輕進(jìn)程所使用的棧，flag是CLONE_VM,CLONE_FS,CLONE_FILES,LONE_SIGHAND,CLONE_PID的組合，arg是調(diào)用過程的對應(yīng)參數(shù)。Clone()的核心是flag的設(shè)定，CLONE_VM表達(dá)子進(jìn)程共享父進(jìn)程內(nèi)存，CLONE_FS表達(dá)子進(jìn)程共享父進(jìn)程的文獻(xiàn)系統(tǒng)，CLONE_SIGHAND表達(dá)子進(jìn)程共享父進(jìn)程的消息解決機(jī)制，CLONE_PID是指子進(jìn)程繼承父進(jìn)程的id號。3、pipe系統(tǒng)調(diào)用ret_val=pipe(fd);參數(shù)定義為intfd[2]。創(chuàng)立一種管道文獻(xiàn)，返回兩個文獻(xiàn)描述符fd[0]和fd[1]分別用于管道文獻(xiàn)的讀和寫操作。管道文獻(xiàn)創(chuàng)立后，能夠被fork創(chuàng)立的子進(jìn)程共享。4、sem_wait(&s)和sem_post(&s)分別相稱于信號燈的P操作和V操作。其中s是闡明為sem_t類型的信號燈。初始化函數(shù)sem_init(s,0,8)。5、pthread_mutex_lock(&mutex)和pthread_mutex_unlock(&mutex)分別用于加鎖和解鎖。參數(shù)為pthread_mutex_tmutex定義的互斥鎖。初始化tthread_mutex_init(&mutex,NULL)。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1、用pipe()創(chuàng)立一種管道文獻(xiàn)2、然后用fork()創(chuàng)立兩個生產(chǎn)進(jìn)程和兩個消費(fèi)進(jìn)程3、它們之間通過pipe()傳遞信息4、用clone()創(chuàng)立四個輕進(jìn)程（線程）5、用參數(shù)指明共享內(nèi)存等資源6、通過共享內(nèi)存模擬生產(chǎn)消費(fèi)問題7、運(yùn)用pthread_mutex_lock(),pthread_mutex_unlock()等函數(shù)實(shí)現(xiàn)對共享存儲區(qū)訪問的互斥五、程序流程5.1基于fork的程序流程5.2基于clone的程序流程六、成果輸出及分析1、基于fork的成果輸出分析：由程序（1）成果可見，當(dāng)一種進(jìn)程變化其空間數(shù)據(jù)時，其它進(jìn)程空間對應(yīng)數(shù)據(jù)內(nèi)容并未變化，闡明在使用fork()語句創(chuàng)立的子進(jìn)程與其父進(jìn)程含有相對獨(dú)立的地址空間，在解決生產(chǎn)消費(fèi)的問題時，能夠采用pipe()進(jìn)行通信。由于子進(jìn)程復(fù)制了父進(jìn)程的打開文獻(xiàn)表，因此pipe()所建立的通信管道可被子進(jìn)程繼承，生產(chǎn)和消費(fèi)進(jìn)程能夠通過對同一管道文獻(xiàn)的讀寫進(jìn)行通訊。程序（1）中，消費(fèi)者從管道中接受生產(chǎn)者發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且和自己存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，兩者的數(shù)據(jù)是不同的，闡明兩個進(jìn)程擁有不同的存儲空間。2、基于clone（）的成果輸出分析：由程序（2）成果可見，clone()語句在創(chuàng)立進(jìn)程時，可通過參數(shù)設(shè)定子進(jìn)程與父進(jìn)程與否共享存儲空間，從而能夠創(chuàng)立真正意義上的線程。生產(chǎn)者和消費(fèi)者進(jìn)程共享內(nèi)存，從而能夠通過共享內(nèi)存直接交換數(shù)據(jù)。但是多個進(jìn)程共享內(nèi)存需要互斥機(jī)制，程序中定義了臨界區(qū)變量mutex和兩個信號量product，warehouse，臨界區(qū)變量用于共享內(nèi)存操作的互斥，信號量分別實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)者和消費(fèi)者的等待。程序（2）中，消費(fèi)者輸出存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)，并且存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)隨著生產(chǎn)者存入的數(shù)據(jù)而發(fā)生變化，闡明clone()語句通過flag的設(shè)定實(shí)現(xiàn)了共享內(nèi)存。若在實(shí)驗(yàn)中除去CLONE_VM選項(xiàng)，將出現(xiàn)非預(yù)期的成果。七、參考文獻(xiàn)[1]計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程左萬歷周長林編著高等教育出版社.9[2]操作系統(tǒng)教程孫鐘秀高等教育出版社．07[3]計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)湯子瀛哲鳳屏湯小丹[4]操作系統(tǒng)習(xí)題與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)左萬歷焦素云高等教育出版社[5]嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)原則教程（第2版）人民郵電出版社[6]《ProgrammingWindows程式開發(fā)設(shè)計(jì)指南》CharlesPetzold.06附錄(1)基于fork()系統(tǒng)調(diào)用代碼實(shí)現(xiàn)#include"sys/types.h"#include"sys/file.h"#include"unistd.h"#include<stdio.h>#include<stdlib.h>charr_buf[4];//讀緩沖charw_buf[4];//寫緩沖intpipe_fd[2];pid_tpid1,pid2,pid3,pid4;intproducer(intid);intconsumer(intid);intmain(intargc,char**argv){if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipecreateerror\n");exit(-1);}else{printf("pipeiscreatedsuccessfully!\n");if((pid1=fork())==0)producer(1);if((pid2=fork())==0)producer(2);if((pid3=fork())==0)consumer(1);if((pid4=fork())==0)consumer(2);}close(pipe_fd[0]);close(pipe_fd[1]);inti,pid,status;for(i=0;i<4;i++)pid=wait(&status);exit(0);}intproducer(intid){printf("producer%disrunning!\n",id);close(pipe_fd[0]);inti=0;for(i=1;i<10;i++){sleep(3); if(id==1)strcpy(w_buf,"aaa\0");else//生產(chǎn)者2strcpy(w_buf,"bbb\0");if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)==-1)printf("writetopipeerror\n"); }close(pipe_fd[1]);printf("producer%disover!\n",id);exit(id);}intconsumer(intid){close(pipe_fd[1]);printf("producer%disrunning!\n",id);if(id==1)strcpy(w_buf,"ccc\0");else//消費(fèi)者2strcpy(w_buf,"ddd\0");while(1){sleep(1); strcpy(r_buf,"eee\0"); if(read(pipe_fd[0],r_buf,4)==0)break; printf("consumer%dget%s,whilethew_bufis%s\n",id,r_buf,w_buf);}close(pipe_fd[0]);printf("consumer%disover!\n",id);exit(id);}(2)基于clone()系統(tǒng)調(diào)用代碼實(shí)現(xiàn)#include"sched.h"#include"pthread.h"#include"stdio.h"#include"stdlib.h"#include"semaphore.h"intproducer(void*args);intconsumer(void*args);pthread_mutex_tmutex;sem_tproduct;sem_twarehouse;charbuffer[8][4];intbp=0;main(intargc,char**argv){pthread_mutex_init(&mutex,NULL);sem_init(&product,0,0);sem_init(&warehouse,0,8);intclone_flag,arg,retval;char*stack;clone_flag=CLONE_VM|CLONE_SIGNAND|CLONE_FS|CLONE_FILES;inti;for(i=0;i<2;i++){arg=i;stack=(char*)malloc(4096);retval=clone((void*)producer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg);stack=(char*)malloc(4096);retval=clone((void*)consumer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg);}exit(1);}intproducer(void*args){intid=*((int*)args);inti;for(i=0;i<10;i++){ sleep(i+1);sem_wait(&warehouse);pthread_mutex_lock(&mutex);if(id==0)strcpy(buffer[bp],"aaa\0");elsestrcpy(buffer[bp],"bbb\0");bp++;printf("producer%dproduce%sin%d\n",id,buffer[bp],bp-1);pthread_mutex_unlock(&mutex);sem_post(&product);}printf("producer%disover!\n",id);}intconsumer(void*args){intid=*((int*)args);inti;for(i=0;i<10;i++){sleep(10-i);//體現(xiàn)線程速度差別sem_wait(&p