操作系统进程控制实验报告
硬件环境： 处理器：Intel(R) Core(TM) i5-3210M CPU @2.50GHz 2.50GHz
安装内存：4.00GB
系统类型：64位操作系统
软件环境：Linux系统
一、实验目的
加深对于进程并发执行概念的理解。实践并发进程的创建和控制方法。观察和体验进程的动态特性。进一步理解进程生命期期间创建、变换、撤销状态变换的过程。掌握进程控制的方法，了解父子进程间的控制和协作关系。练习Linux系统中进程创建与控制有关的系统调用的编程和调试技术。
二、实验步骤
（1）分析实例实验
（2）进行独立实验
（3）思考并完成实验报告
实验截图：
思考：
说明它们反映出操作系统教材中进程及处理机管理一节讲解的进程的哪些特征和功能？在真实的操作系统中它是怎样实现和反映出教材中讲解的进程的生命期、进程的实体和进程状态 控制的。你对于进程概念和并发概念有哪些新的理解和认识？子进程是如何创建和 执行新程序的？信号的机理是什么？怎样利用信号实现进程控制？根据实验程序、 调试过程和结果分析写出实验报告。
1.进程的概念：进程不仅是一段程序代码，还包括当前活动(通过程序计数器和寄存器中的内容来表示)，另外，进程还包括进程堆栈段，和数据段等。
2.并发概念：是指进程之间交替并发执行
3.进程通过系统调用fork（）函数创建子进程，子进程由唯一的pid值标示，pid通常是一个整数值。通过fork创建的子进程实际上是父进程的克隆体，通过复制原来进程的地址空间而成，父子进程同时执行fork之后的程序。但是父子进程的pid值不同，可以通过对pid的判断，使父子进程执行不同的程序。子进程如果想执行不同的程序，需要系统调用exec（）函数装入新的程序执行。
4.信号的机理：信号是用来通知进程某个特定的事件已经发生。信号是由特定的事件产生，信号必须要发送到进程，一旦发送，进程必须得到处理。信号可以可以有系统默认处理也可以用户自定义处理。
5.如何通过信号控制程序：每个进程都有信号机制检验是否有信号到达，如果有，捕获信号后，根据系统默认处理或者用户自定义的防方法处理信号，当信号处理完后，在返回原来的程序继续执行。
代码：
pctl.c:
#include "pctl.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
int m=2;
int i;
int seconds=3;
int pid1;
int pid2; //存放子进程号
int status1;
int status2; //存放子进程返回状态
char *args1[] = {"/bin/ls","-all",NULL}; //子进程1要缺省执行的命令
char *args2[] = {"/bin/ps","-l",NULL}; //子进程2要缺省执行的命令
signal(SIGINT,(sighandler_t)sigcat); //注册一个本进程处理键盘中断的函数
while(m!=0)
{
pid1=fork() ; //建立子1进程
if(pid1<0) // 建立子进程1失败?
{
printf("Create Process1 fail!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if(pid1 == 0) // 子进程1执行代码段
{
//报告父子进程进程号
printf("I am Child process1 %d\nMy father is %d\n",getpid(),getppid());
m=0;
pause(); //暂停，等待键盘中断信号唤醒
//子进程被键盘中断信号唤醒继续执行
printf("%d child will Running: \n",getpid()); //
for(i=0; args1[i] != NULL; i++) printf("%s ",args1[i]);
printf("\n");
//装入并执行新的程序
status1 = execve(args1[0],args1,NULL);
}
else //父进程执行代码段
{
printf("\nI am Parent process %d\n",getpid()); //报告父进程进程号
pid2=fork();//建立子进程2
if(pid2<0) // 建立子进程2失败?
{
printf("Create Process2 fail!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if(pid2 == 0) // 子进程2执行代码段
{ //报告父子进程进程号
m=0;
printf("I am Child process2 %d\nMy father is %d\n",getpid(),getppid());
for(i=0; args2[i] != NULL; i++) printf("%s ",args2[i]);
printf("\n");
//子进程2开始执行
status2=execve(args2[0],args2,NULL);
}
else
{
sleep(1);
if(kill(pid1,SIGINT)>=0)
printf("%d wakeup %d child.\n",getpid(),pid1);
printf("But %d don't Wait for %d child done.\n\n",getpid(),pid1);
}
}
unsigned sleep(seconds);
}
}
Pctl.h:
#include <sys/types.h>
#include <wait.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//进程自定义的键盘中断信号处理函数
typedef void (*sighandler_t) (int);
void sigcat(){
printf("%d Process continue\n",getpid());
}
Makefile:
head = pctl.h
srcs = pctl.c
objs = pctl.o
opts = -g -c
all: pctl
pctl: $(objs)
gcc $(objs) -o pctl
pctl.o: $(srcs) $(head)
gcc $(opts) $(srcs)
clean:
rm pctl *.o
第二篇：操作系统进程同步实验报告
实验三：进程同步实验
一、实验任务：
（1）掌握操作系统的进程同步原理；
（2）熟悉linux的进程同步原语；
（3）设计程序，实现经典进程同步问题。
二、实验原理：
（1）P、V操作
PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：
P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；
②如果S³0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；
②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
（2）信号量
信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
一般来说，信号量S³0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；若S£0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
（3）linux的进程同步原语
①wait()；阻塞父进程，子进程执行；
②#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
key_t ftok (char*pathname, char proj)；它返回与路径pathname相对应的一个键值。
③int semget(key_t key, int nsems, int semflg)
参数key是一个键值，由ftok获得，唯一标识一个信号灯集，用法与msgget()中的key相同；参数nsems指定打开或者新创建的信号灯集中将包含信号灯的数目；semflg参数是一些标志位。参数key和semflg的取值，以及何时打开已有信号灯集或者创建一个新的信号灯集与msgget()中的对应部分相同。该调用返回与健值key相对应的信号灯集描述字。调用返回：成功返回信号灯集描述字，否则返回-1。
④int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
semid是信号灯集ID，sops指向数组的每一个sembuf结构都刻画一个在特定信号灯上的操作。nsops为sops指向数组的大小。
⑤int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
该系统调用实现对信号灯的各种控制操作，参数semid指定信号灯集，参数cmd指定具体的操作类型；参数semnum指定对哪个信号灯操作，只对几个特殊的cmd操作有意义；arg用于设置或返回信号灯信息。
三、实验源程序：
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#define PERM S_IRUSR|S_IWUSR
#define SEMKEY (key_t)0x200
typedef union _senum{
int val;
struct semid_ds *buf;
ushort *array;
}semun;
int semid;
static int count=0;
FILE *fp,*fp1,*fp2;
struct sembuf prmutex={0,-1,0},pwmutex={1,-1,0},ps={2,-1,0};
struct sembuf vrmutex={0,1,0},vwmutex={1,1,0},vs={2,1,0};
int initsem()
{
semun x;
x.val=1;
if((semid=semget(SEMKEY,3,0600|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1)
{
if(errno==EEXIST)
semid=semget(SEMKEY,3,0);
}
if(semctl(semid,0,SETVAL,x)==-1)
{
perror("semctl failed\n");
return(-1);
}
if(semctl(semid,1,SETVAL,x)==-1)
{
perror("semctl failed\n");
return(-1);
}
if(semctl(semid,2,SETVAL,x)==-1)
{
perror("semctl failed\n");
return(-1);
}
return(semid);
}
main()
{int i,j,k;
static int a[30];
int shmid;
int *pint,*pint2,addr,addr2;
for(i=0;i<30;i++)
{
a[i]=i;
}
if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,4,PERM))==-1) {
fprintf(stderr,"Create Share Memory Error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
addr=shmat(shmid,0,0) ;
pint=(int*)addr;
*pint=0;
semid=initsem();
if(fork()==0)
{ //writer
semop(semid,&pwmutex,1);
printf("call writer\n");
fp1=fopen("a.txt","w");
for(k=0;k<20;k++)
{
fprintf(fp1,"%d\n ",5*k);
printf("write %d\n ",5*k);
}
fclose(fp1);
printf("write finish!!!!\n");
semop(semid,&vwmutex,1);
exit(0);
}
else
{
if(fork()==0)
{
//reader 1
semop(semid,&prmutex,1);
addr2=shmat(shmid,0,0);
pint2=(int*)addr2;
if(*pint2==0) semop(semid,&pwmutex,1);
*pint2=*pint2+1;
printf("reader 1 enter---- count=%d\n",*pint2);
semop(semid,&vrmutex,1);
fp=fopen("a.txt","r");
while(!feof(fp))
{
fscanf(fp,"%d ",&i);
printf("reader 1 %d\n ",i);
}
semop(semid,&prmutex,1);
*pint2=*pint2-1;
printf("reader 1 exit---- count=%d\n",*pint2);
//count=count-1;
//printf("count=%d\n",count);
if(*pint2==0) semop(semid,&vwmutex,1);
semop(semid,&vrmutex,1);
exit(0);
}
else
{ if(fork()==0) //reader
{
semop(semid,&prmutex,1);
addr2=shmat(shmid,0,0);
pint2=(int*)addr2;
if(*pint2==0) semop(semid,&pwmutex,1);
*pint2=*pint2+1;
printf("Read 2 enter+++++ count=%d\n",*pint2);
// printf("Read 2 count=%d\n",count);
//count=2;
//printf("count=%d\n",count);
semop(semid,&vrmutex,1);
fp=fopen("a.txt","r");
while(!feof(fp))
{ fscanf(fp,"%d ",&i);
printf("reader 2 %d\n ",i);
}
semop(semid,&prmutex,1);
//count=count-1;
*pint2=*pint2-1;
printf("Read 2 exit+++++ count=%d\n",*pint2);
//printf("Read 2 count=%d\n",count);
if(*pint2==0) semop(semid,&vwmutex,1);
semop(semid,&vrmutex,1);
exit(0);
}
}
}
}
四、实验结果：
