操作系统专业课程设计进程管理进程间通信样本.doc

操作系统专业课程设计进程管理进程间通信

烟 台 大 学 文 经 学 院

课程：操作系统

学 号：
姓 名：
班 级：
指导老师：

设计名称
进程管理。进程间通信。
成 员

课程设计地点

一． 课程设计思想及目的
（1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
（2）进一步认识并发执行的实质。
（3）分析进程竞争资源现象，学习解决进程互斥的方法。
（4）了解Linux系统中进程通信的基本原理。
Linux系统的进程通信机构 (IPC) 允许在任意进程间大批量地交换数据。本实验的目的是了解和熟悉Linux支持的消息通讯机制及信息量机制。

二． 课程设计设备及环境
装有Linux操作系统的PC机
三． 课程设计内容
（1）进程的创建
编写一段源程序，使系统调用fork()创建两个子进程，当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符：父进程显示字符“a”;子进程分别显示字符“b”和字符“c”。试观察纪录屏幕上的显示结果，并分析原因。
（2）进程的控制
修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，在观察程序执行时屏幕出现的现象，并分析原因。
如果在程序中使用调用lockf()来给每一个子进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。
（3）①编写一段程序，使其现实进程的软中断通信。

消息的创建，发送和接收。
①使用系统调用msgget (), msgsnd (), msgrev (), 及msgctl () 编制一长度为1k的消息的发送和接收程序。
②观察上面的程序，说明控制消息队列系统调用msgctl () 在此起什么作用？
共享存储区的创建、附接和段接。
使用系统调用shmget(),shmat(),sgmdt(),shmctl(),编制一个与上述功能相同的程序。比较上述（1），（2）两种消息通信机制中数据传输的时间。

四 . 课程设计过程及结果
1． 进程的创建
〈任务〉
编写一段程序，使用系统调用fork( )创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符；父进程显示字符“a”，子进程分别显示字符“b”和“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。
〈程序〉
#include<stdio.h>
main()
{
int p1,p2;
if(p1=fork()) /*子进程创建成功*/
putchar('b');
else
{
if(p2=fork()) /*子进程创建成功*/
putchar('c');
else putchar('a'); /*父进程执行*/
}
}

<运行结果>
bca(有时会出现abc的任意的排列)
分析：从进程执行并发来看，输出abc的排列都是有可能的。
原因：fork()创建进程所需的时间虽然可能多于输出一个字符的时间，但各个进程的时间片的获得却不是一定是顺序的，所以输出abc的排列都是有可能的。

2． 进程的控制
<任务>
修改已编写好的程序，将每个程序的输出由单个字符改为一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。如果在程序中使用系统调用lockf()来给每个程序加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。

〈程序1〉
#include<stdio.h>
main()
{
int p1,p2,i;
if(p1=fork())
{
for(i=0;i<500;i++)
printf("parent%d\n",i);
wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit(0);
}
else
{
if(p2=fork())
{
for(i=0;i<500;i++)
printf("son %d\n",i);
wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit(0); /*向父进程信号0且该进程推出*/
}
else
{
for(i=0;i<500;i++)
printf(“grandchild %d\n",i);
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉

parent….
son…
grandchild…
grandchild…
或grandchild
…son
…grandchild
…son
…parent
分析：由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断，因此,每个字符串内部的字符顺序输出时不变。但是 , 由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。这与打印单字符的结果相同。

〈程序2〉
#include<stdio.h>
main()
{
int p1,p2,i;
if(p1=fork())
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;i++)
printf("parent %d\n",i);
lockf(1,0,0);
wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit(0);
}
else
{
if(p2=fork())
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;i++)
printf("son %d\n",i);
lockf(1,0,0);
wait(0); /* 保证在子进程终止前，父进程不会终止*/
exit(0);

}
else
{
lockf(1,1,0);
for(i=0;i<500;i++)
printf("daughter %d\n",i);
lockf(1,0,0);
exit(0);
}
}
}

<运行结果〉
输出parent块,son块,grandchild块的顺序可能不同，但是每个块的输出过程不会被打断。
分析：因为上述程序执行时，lockf(1,1,0)锁定标准输出设备，lockf(1,0,0)解锁标准输出设备，在lockf(1,1,0)与lockf(1,0,0)中间的for循环输出不会被中断，加锁与不加锁效果不相同。

3．软中断通信
〈任务1〉
编制一段程序，使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按ctrl+c键），当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用kill()向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后，分别输出下列信息后终止：
child process1 is killed by parent!
child process2 is killed by parent!
父进程等待两个子进程终止后，输出以下信息后终止：
parent process is killed!

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>

void waiting(),stop(),alarming();
int wait_mark;

main()
{
int p1,p2;
if(p1=fork()) /*创建子进程p1*/
{
if(p2=fork()) /*创建子进程p2*/
{
wait_mark=1;
signal(SIGINT,stop); /*接收到^c信号，转stop*/
signal(SIGALRM,alarming);/*接受SIGALRM
waiting();

kill(p1,16); /*向p1发软中断信号16*/
kill(p2,17); /*向p2发软中断信号17*/

wait(0); /*同步*/
wait(0);
printf("parent process is killed!\n");
exit(0);
}
else
{
wait_mark=1;
signal(17,stop);
signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略 ^c信号*/
while (wait_mark!=0);
lockf(1,1,0);
printf("child process2 is killed by parent!\n");
lockf(1,0,0);
exit(0);
}
}
else
{
wait_mark=1;
signal(16,stop);
signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略^c信号*/
while (wait_mark!=0)
lockf(1,1,0);
printf("child process1 is killed by parent!\n");
lockf(1,0,0);
exit(0);
}
}

void waiting()
{
sleep(5);
if (wait_mark!=0)
kill(getpid(),SIGALRM);

}
void alarming()
{
wait_mark=0;
}
void stop()
{
wait_mark=0;
}

<运行结果>
不做任何操作等待五秒钟父进程回在子进程县推出后退出，并打印退出的顺序；或者点击ctrl+C后程序退出并打印退出的顺序。
〈任务2〉
在上面的任务1中，增加语句signal(SIGINT,SIG_IGN)和语句signal(SIGQUIT,SIG_IGN)，观察执行结果，并分析原因。这里，signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分别为忽略键信号以及忽略中断信号。

<程序>
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>

int pid1,pid2;
int EndFlag=0;
int pf1=0;
int pf2=0;

void IntDelete()
{
kill(pid1,16);
kill(pid2,17);

}

void Int1()
{
printf("child process 1 is killed !by parent\n");
exit(0);
}
void Int2()
{
printf("child process 2 is killed !by parent\n");
exit(0);
}

main()
{
int exitpid;
if(pid1=fork())
{
if(pid2=fork())
{
signal(SIGINT,IntDelete);
waitpid(-1,&exitpid,0);
waitpid(-1,&exitpid,0);
printf("parent process is killed\n");
exit(0);
}
else
{
signal(SIGINT,SIG_IGN);
signal(17,Int2);
pause();
}
}
else
{
signal(SIGINT,SIG_IGN);
signal(16,Int1);
pause();
}
}
〈运行结果〉
请读者将上述程序输入计算机后，执行并观察。
3． 进程的管道通信
〈任务〉
编制一段程序，实现进程的管道通信。使用系统调用pipe()建立一条管道线。两个子进程p1和p2分别向通道个写一句话：
child1 process is sending message!
child2 process is sending message!
而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。

〈程序〉
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
int pid1,pid2;

main( )
{
int fd[2];
char outpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd); /*创建一个管道*/
while ((pid1=fork( ))==-1);
if(pid1==0)
{
lockf(fd[1],1,0);
sprintf(outpipe,"child 1 process is sending message!");
/*把串放入数组outpipe中*/
write(fd[1],outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/
sleep(5); /*自我阻塞5秒*/
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{
while((pid2=fork( ))==-1);
if(pid2==0)
{
lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/
sprintf(outpipe,"child 2 process is sending message!");
write(fd[1],outpipe,50);
sleep(5);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{
wait(0); /*同步*/
read(fd[0],inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/
printf("%s\n",inpipe);
wait(0);
read(fd[0],inpipe,50);
printf("%s\n",inpipe);
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉
延迟5秒后显示:
child1 process is sending message!
再延迟5秒:
child2 process is sending message!

（2）进程的管道通信
编制一段程序，实现进程的管道通信。使用系统调用pipe()建立一条管道线。两个子进程p1和p2分别向通道个写一句话：
child1 process is sending message!
child2 process is sending message!
而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
int pid1,pid2;

main( )
{
int fd[2];
char outpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd); /*创建一个管道*/
while ((pid1=fork( ))==-1);
if(pid1==0)
{
lockf(fd[1],1,0);
sprintf(outpipe,"child 1 process is sending message!");
/*把串放入数组outpipe中*/
write(fd[1],outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/
sleep(5); /*自我阻塞5秒*/
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{
while((pid2=fork( ))==-1);
if(pid2==0)
{
lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/
sprintf(outpipe,"child 2 process is sending message!");
write(fd[1],outpipe,50);
sleep(5);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else
{
wait(0); /*同步*/
read(fd[0],inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/
printf("%s\n",inpipe);
wait(0);
read(fd[0],inpipe,50);
printf("%s\n",inpipe);
exit(0);
}
}
}
〈运行结果〉
延迟5秒后显示:
child1 process is sending message!
再延迟5秒:
child2 process is sending message!

（2）消息的创建，发送和接收

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>
#define MSGKEY 75 /*定义关键词MEGKEY*/
Struct msgform /*消息结构*/
{
long mtype;
char mtexe[100]; /*文本长度*/
}msg;
int msgqid,i;

void CLIENT( )
{
int i;
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);
for(i=10;i>=1;i--)
{
msg.mtype=i;
printf("(client)sent\n");
msgsnd(msgqid,&msg,1030,0); /*发送消息msg入msgid消息队列*/
}
exit(0);
}

void SERVER( )
{
msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /*由关键字获得消息队列*/
do
{
msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /*从队列msgid接受消息msg*/
printf("(server)receive\n");
}while(msg.mtype!=1); /*消息类型为1时，释放队列*/
msgctl(msgqid, IPC_RMID,0);

}

main()
{
if(fork())
{
SERVER();
wait(0);

}
else CLIENT( );

}

<运行结果>
。。。

五．设计流程图

六．分析
从理想的结果来说，应当是每当Client发送一个消息后，server接收该消息，Client再发送下一条。也就是说“(Client)sent”和“(server)received”的字样应该在屏幕上交替出现。实际的结果大多是，先由 Client 发送两条消息，然后Server接收一条消息。此后Client
Server交替发送和接收消息.最后一次接收两条消息. Client 和Server 分别发送和接收了10条消息,与预期设想一致 是否
message的传送和控制并不保证完全同步,当一个程序不再激活状态的时候,它完全可能继续睡眠,造成上面现象,在多次send message 后才 receive message.这一点有助于理解消息转送的实现机理.

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