第9章 进程同步与死锁实验
操作系统实验报告进程管理
操作系统实验报告进程管理操作系统实验报告：进程管理引言操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理计算机的硬件资源和提供用户与计算机之间的接口。
进程管理是操作系统的重要功能之一，它负责对计算机中运行的各个进程进行管理和调度，以保证系统的高效运行。
本实验报告将介绍进程管理的基本概念、原理和实验结果。
一、进程管理的基本概念1. 进程与线程进程是计算机中正在运行的程序的实例，它拥有独立的内存空间和执行环境。
线程是进程中的一个执行单元，多个线程可以共享同一个进程的资源。
进程和线程是操作系统中最基本的执行单位。
2. 进程状态进程在运行过程中会经历不同的状态，常见的进程状态包括就绪、运行和阻塞。
就绪状态表示进程已经准备好执行，但还没有得到处理器的分配；运行状态表示进程正在执行；阻塞状态表示进程由于某些原因无法继续执行，需要等待某些事件的发生。
3. 进程调度进程调度是操作系统中的一个重要任务，它决定了哪个进程应该获得处理器的使用权。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）和时间片轮转等。
二、进程管理的原理1. 进程控制块（PCB）PCB是操作系统中用于管理进程的数据结构，它包含了进程的各种属性和状态信息，如进程标识符、程序计数器、寄存器值等。
通过PCB，操作系统可以对进程进行管理和控制。
2. 进程创建与撤销进程的创建是指操作系统根据用户的请求创建一个新的进程。
进程的撤销是指操作系统根据某种条件或用户的请求终止一个正在运行的进程。
进程的创建和撤销是操作系统中的基本操作之一。
3. 进程同步与通信多个进程之间可能需要进行同步和通信，以实现数据共享和协作。
常见的进程同步与通信机制包括互斥锁、信号量和管道等。
三、实验结果与分析在本次实验中，我们使用了一个简单的进程管理模拟程序，模拟了进程的创建、撤销和调度过程。
通过该程序，我们可以观察到不同调度算法对系统性能的影响。
实验结果显示，先来先服务（FCFS）调度算法在一些情况下可能导致长作业等待时间过长，影响系统的响应速度。
操作系统实验实验报告
操作系统实验实验报告一、实验目的操作系统是计算机系统中最为关键的核心软件，它管理着计算机的硬件资源和软件资源，为用户提供了一个方便、高效、稳定的工作环境。
本次操作系统实验的目的在于通过实际操作和实践，深入理解操作系统的基本原理和核心概念，掌握操作系统的基本功能和操作方法，提高对操作系统的认识和应用能力。
二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10 专业版，开发工具为Visual Studio 2019，编程语言为 C 和 C+＋。
实验硬件环境为一台配备Intel Core i7 处理器、16GB 内存、512GB SSD 硬盘的个人计算机。
三、实验内容（一）进程管理实验1、进程创建与终止通过编程实现创建新的进程，并在完成任务后终止进程。
在实验中，我们使用了 Windows API 函数 CreateProcess 和 TerminateProcess 来完成进程的创建和终止操作。
通过观察进程的创建和终止过程，深入理解了进程的生命周期和状态转换。
2、进程同步与互斥为了实现进程之间的同步与互斥，我们使用了信号量、互斥量等同步对象。
通过编写多线程程序，模拟了多个进程对共享资源的访问，实现了对共享资源的互斥访问和同步操作。
在实验中，我们深刻体会到了进程同步与互斥的重要性，以及不正确的同步操作可能导致的死锁等问题。
（二）内存管理实验1、内存分配与释放使用 Windows API 函数 VirtualAlloc 和 VirtualFree 进行内存的分配和释放操作。
通过实验，了解了内存分配的不同方式（如堆分配、栈分配等）以及内存释放的时机和方法，掌握了内存管理的基本原理和操作技巧。
2、内存分页与分段通过编程模拟内存的分页和分段管理机制，了解了内存分页和分段的基本原理和实现方法。
在实验中，我们实现了简单的内存分页和分段算法，对内存的地址转换和页面置换等过程有了更深入的理解。
（三）文件系统实验1、文件操作使用 Windows API 函数 CreateFile、ReadFile、WriteFile 等进行文件的创建、读取和写入操作。
进程同步：实验报告
进程同步：实验报告1．实验内容(进程的同步)(1) 阅读理解⽰例程序。
(2) 说明⽰例程序是否能适合解决 N 个⽣产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证(3) 参照教材修改为 N 个⽣产者和 1 个消费者问题(4) 思考 N 个⽣产者和 M 个消费者问题的解决⽅案(不要求)(5) 利⽤信号量解决同步问题。
2．实验⽬的通过程序模拟及验证⽣产者消费者问题等经典问题，深⼊理解并发中的同步和互斥的概念3．实验原理(1)进程概念：(1.定义：程序的⼀次执⾏过程( 2.三种基本状态 :就绪状态，执⾏状态，阻塞状态(2)进程同步：(1.定义：并发进程在执⾏次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执⾏有可再现性。
( 2.两种形式的制约关系： (⼀：资源共享关系：进程间接制约，需互斥地访问临界资源。
)、(⼆：相互合作关系：进程直接制约)(3.临界资源：⼀次仅允许⼀个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。
(3)信号量：定义⼀个⽤于表⽰资源数⽬的整型量S，它与⼀般的整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原⼦操作 wait(S)和 signal(S)来访问，俗称 P,V操作。
通俗来讲就是⽤P 来访问资源后减去⼀个单位资源，⽤ V 操作来释放⼀个单位资源就是现有资源上加⼀个单位资源。
4．实验内容⼀：说明⽰例程序是否能适合解决 N 个⽣产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证答：⽰例程序不能解决多个⽣产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和⽣产者的。
如果可以就要修改代码，如“⼆”所说。
⼆：多个消费者和⽣产者的问题⽣产者 1 如上图所⽰：如果要解决多个⽣产者和消费者的问题：第⼀步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系第⼆步：异步关系的是⽣产者和⽣产者之间的，因为同⼀时刻只能有⼀个⽣产者访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源 .获得临界资源的⽣产者才能把产品放到缓冲区⾥第三步：同步关系有两个，⾸先是⽣产者和缓冲区之间，再是缓冲区和消费者之间。
操作系统原理进程管理进程同步互斥与通信、死锁
多个进程因为合作产生的直接制约关系，使得进程有一定的先后执行关系。
互斥
多个进程在同一时刻只有一个进程能进入临界区。
信号量与PV操作
信号量
一个整型变量，可以对其执行P操作和V操作，常用于 实现进程同步与互斥。
PV操作
对信号量的操作，P操作表示申请资源，V操作表示释 放资源。
实现原理
通过信号量的增减来控制进程的执行顺序，实现同步 与互斥。
经典同步问题解析
生产者消费者问题
生产者生产产品放入缓冲区，消 费者从缓冲区取出产品消费，需 要保证生产者和消费者的同步与 互斥。
哲学家进餐问题
五个哲学家围坐在一张圆桌旁， 做思考和进餐两件事情，需要保 证每个哲学家在拿起左右两只筷 子时不会发生死锁。
读者写者问题
允许多个读者同时读文件，但只 允许一个写者写文件，需要保证 读者和写者之间的同步与互斥。
03
进程通信
进程通信方式
01
共享内存
允许多个进程访问同一块内存空 间，进程间通过读写共享内存中 的数据进行通信。
消息传递
02
03
管道通信
进程间通过发送和接收消息进行 通信，消息可以包含数据、控制 信息等。
管道是一种半双工的通信方式， 数据只能单向流动，通常用于父 子进程间的通信。
消息传递机制
直接通信方式
信。
共享内存
共享内存允许多个进程访问同一块内存空间，进程间通过读写共享内存中的数据进行通 信。使用共享内存进行通信时，需要注意同步和互斥问题，以避免数据不一致和竞争条
件等问题。
04
死锁问题
死锁概念及产生原因
死锁概念
死锁是指两个或两个以上的进程在执行 过程中，由于竞争资源或者由于彼此通 信而造成的一种阻塞的现象，若无外力 作用，它们都将无法向前推进。
进程同步及死锁
附件（四）之欧侯瑞魂创作深圳年夜学实验报告课程名称：把持系统实验项目名称：进程（线程）同步及死锁学院：计算机与软件学院专业：计算机科学与技术指导教师：陈说人：学号：班级：实验时间：2015/10/23实验陈说提交时间：2015/11/13教务处制二、方法、步伐：设计解决哲学家就餐问题的并发线程.假定有6个哲学家, 围着圆桌交替地进行思考和进餐；每次进餐时, 必需同时拿到左右两边的两只筷子才华进餐；进餐后, 再放下筷子思考.这是一个典范的同时需要两个资源的例子, 如果申请资源顺序不妥, 可能会引起死锁.本实验设计6个哲学家共享一个相同的线程Philosopher, 既完成线程同步, 又预防死锁发生.实验中采纳了3种预防死锁的方法（摒弃‘环路等候’条件, 摒弃‘请求和坚持’条件, 摒弃‘不剥夺’条件）, 要预防死锁, 只采纳其中的任何一种方法即可. 三．实验过程及内容：(其中：提供有简短说明的法式代码.要求：法式运行正确、符合设计要求.)1.创立工程, 注意勾选Win32 Application, 点击确定2.勾选第三个选项3.创立菜单, 有Eat、About、Exit4.在进程（线程）同步及死锁.cpp中编写代码, 此时代码有“摒弃‘环路等候’条件”、“摒弃‘请求和坚持’条件”、“摒弃‘不剥夺’条件”三种代码, 当检测其中一个时须将其余两个加以注释, 一一检测其对死锁的影响.运行结果：运行前：运行后：5.在运行时可知, 在分别“摒弃‘环路等候’条件”和“摒弃‘不剥夺’条件”的代码时不会呈现死锁, 而使用“摒弃‘请求和坚持’条件”时会发生死锁, 在理论正确前提下, 此种情况说明了代码呈现毛病.⑴摒弃‘环路等候’条件R1=ThreadID;R2=(ThreadID+1)%6;if (ThreadID == 0){R1= (ThreadID+1) % 6;R2= ThreadID;}依据摒弃‘环路等候’条件, 要有至少一位哲学家与其他哲学家拿筷子顺序分歧, 则使第0位(ThreadID = 0)哲学家从右边开始拿筷子, 其他哲学家相反.⑵摒弃‘不剥夺’条件Wait(Mutex);if (ChopstickUsed[R2]){Signal(Mutex);goto ReleaseChopstick;//将左筷子放弃失落}Signal(Mutex);若分配给的哲学家拿不到右筷子, 则将他拿到的左筷子收回.⑶摒弃‘请求和坚持’条件原代码：Wait(Mutex);if((ChopstickUsed[R1])||(ChopstickUsed[R2])){Signal(Mutex);。
OS-03进程管理_进程同步互斥与通信、死锁
加锁机制存在不公平性，导致某些进程一直优先进入临界区， 而某些进程可能一直无法进入临界区
引入信号量机制—P/V 操作
信号量机制
信号量（semaphore）：一个与资源有关的，初 值为非负数的整型变量称为信号量。用S表示，初 值和资源有关
P、V操作：定义在信号量S上的一组操作，由P原 语和V原语组成，能对信号量s进行修改
信号量是一种特殊的变量，只能由P，V操作进行 访问
信号量机制
P 原语—— P(S) S := S - 1； 如果 S > =0，则表示有资源，该进程继续执行； 如果 S < 0，则表示已无资源，执行原语的进程被置成 阻塞状态，并使其在 S 信号量的队列中等待，直至其 他进程在 S 上执行 V 操作释放它为止
互斥：硬件的支持 专门的机器指令 在硬件级，对存储器单元的访问排斥到相同单元的其他访 问。基于这一点，处理器的设计者提出了一些机器指令， 用于保证两个动作的原子性，如在一个取指令周期中对 一个存储器单元的读和写或者读和测试。由于这些动作 在一个指令周期中执行，它们不会受到其他指令的干扰 如：test-and-set指令，swap指令等
p53
§3.6 进程同步与同步
进程P1和P2共享同一打印机资源，其操作流程如 下： p1: entry code使用打印机exit code p2: entry code使用打印机exit code
系统打印机即为——临界资源 P1和p2的访问临界资源打印机的代码即为——临
《操作系统》课程实验报告
《操作系统》课程实验报告一、实验目的本次《操作系统》课程实验的主要目的是通过实际操作和观察，深入理解操作系统的工作原理、进程管理、内存管理、文件系统等核心概念，并掌握相关的操作技能和分析方法。
二、实验环境1、操作系统：Windows 10 专业版2、开发工具：Visual Studio Code3、编程语言：C/C+＋三、实验内容（一）进程管理实验1、进程创建与终止通过编程实现创建新进程，并观察进程的创建过程和资源分配情况。
同时，实现进程的正常终止和异常终止，并分析其对系统的影响。
2、进程同步与互斥使用信号量、互斥锁等机制实现进程之间的同步与互斥。
通过模拟多个进程对共享资源的访问，观察并解决可能出现的竞争条件和死锁问题。
（二）内存管理实验1、内存分配与回收实现不同的内存分配算法，如首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
观察在不同的内存请求序列下，内存的分配和回收情况，并分析算法的性能和优缺点。
2、虚拟内存管理研究虚拟内存的工作原理，通过设置页面大小、页表结构等参数，观察页面的换入换出过程，以及对系统性能的影响。
（三）文件系统实验1、文件操作实现文件的创建、打开、读取、写入、关闭等基本操作。
观察文件在磁盘上的存储方式和文件系统的目录结构。
2、文件系统性能优化研究文件系统的缓存机制、磁盘调度算法等，通过对大量文件的读写操作，评估不同优化策略对文件系统性能的提升效果。
四、实验步骤（一）进程管理实验步骤1、进程创建与终止（1）使用 C/C+＋语言编写程序，调用系统函数创建新进程。
（2）在子进程中执行特定的任务，父进程等待子进程结束，并获取子进程的返回值。
（3）通过设置异常情况，模拟子进程的异常终止，观察父进程的处理方式。
2、进程同步与互斥（1）定义共享资源和相关的信号量或互斥锁。
（2）创建多个进程，模拟对共享资源的并发访问。
（3）在访问共享资源的关键代码段使用同步机制，确保进程之间的正确协作。
（4）观察并分析在不同的并发情况下，系统的运行结果和资源竞争情况。
实验2进程同步与死锁
实验步骤
01
1. 设计进程同步实验程序
02 设计两个或多个进程，它们需要访问共享资源。
03 使用信号量或其他同步机制来实现进程间的同步。
实验步骤
2. 编译和运行实验程序
1
2
使用适当的编译器编译实验程序。
3
运行实验程序，并观察程序的输出结果。
实验步骤
01
3. 分析实验结果
02
分析程序的输出结果，验证进程同步机制的正确性。
04 实验内容与步骤
实验目的
01
学习和掌握进程同步的基本概念和方法。
02
理解和掌握死锁的产生原因和解决方法。
通过实验，加深对进程同步和死锁的理解，提高分析和解决问
03
题的能力。
实验环境
操作系统：Windows 10或Linux。 开发工具：Visual Studio Code或GCC编译器。 编程语言：C或C。
死锁对进程同步的影响
01
系统崩溃
资源浪费
02
03
性能下降
死锁可能导致系统无法正常运行， 进而影响进程同步机制的有效性。
死锁发生时，相关进程持有的资 源被长时间占用而无法释放，造 成资源浪费。
死锁会导致系统性能严重下降， 因为相关进程无法继续执行，同 步机制也无法发挥作用。
进程同步与死锁的相互作用
死锁的危害
资源浪费
01
死锁发生时，相关进程长时间占用系统资源但又无法继续执行，
导致系统资源浪费。
系统性能下降
02
由于死锁进程长时间占用CPU和其他资源，使得其他进程得不
到及时执行，从而导致系统性能下降。
系统崩溃
03
如果死锁持续发生且得不到及时处理，可能会导致系统崩溃或
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潘景昌 刘杰 编著
21世纪高等学校规划教材
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实验指导
实验的程序流程图如图所示
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谢谢您的使用！
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第九章 进程同步与死锁实验
操作系统实验教程（ 操作系统实验教程（Linux版） 版 潘景昌 刘杰 编著
清华大学出版社
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第九章 进程同步与死锁实验
实验一 读者—写者问题
实验二 车辆行驶死锁问题
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实验指导
死锁的可能性有两种：
（1）E方向两台车分别位于A和B、S方向一台车位于C、W方向一台 车位于D。 （2）S方向两台车分别位于B和C、E方向一台车位于A、W方向一台 车位于D。
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实验内容
车辆行驶死锁问题,在Linux下用C语言完成下面模型：设 有一个Ｔ型路口，其中A、B、C、D处各可容纳一辆车， 车行方向如图所示，试找出死锁并用有序分配法消除之。 要求资源编号合理。
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请根据上述介绍，编写车辆行驶死锁问题的程序，要求如 下：
（1） 在Linux下用C编程，利用信号量操作实现进程同步；
（2） 假设三个方向的车辆数目相等，数值由用户输入，并动态显示 车辆的行驶状态，每个车辆行驶所用的时间可以预先设定。
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本例中，有一个初始化的数组，读者和写者均是对此数组 进行操作。写者是随机对数组中的数字进行修改，修改的 值也是随机的，这样更直观、更有助于理解。
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准备知识
了解如何创建线程及如何销毁线程；
分析线程的创建过程，理解同步信号量与互斥信号量的 作用
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实验二 车辆行驶死锁问题
实 实 准 实 实
验 验 备 验 验
目 内 知 原 指
的 容 识 理 导
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实验目的
理解死锁的产生原因，掌握预防和避免死锁的方法，以 及死锁的检测方法； 通过车辆行驶死锁问题的设计与实现掌握解决死锁的方 法。
（1）多个读者的操作可以同时进行； （2）多个写者的操作不可同时进行； （3）任何读者与写者的操作不可同时进行。
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实验指导
实验的流程பைடு நூலகம்如图所示
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互斥
这是一种更常见的进程之间的相互关系，通常是由于多个进程共享某些 资源而引起的，而这些进程往往彼此独立。例如：系统只有一台打印 机，有两个进程同时使用它输出数据的话，打印结果将使这两个进程 的输出内容混杂在一起。为了保证共享临界资源的各个进程都能正确 运行，当临界资源被一个进程访问时，其他访问进程必须等待。多个 进程在共享临界资源时的这种制约关系称为进程互斥。
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实验指导
设有一组共享数据DB和两组并发进程, 一组进程只对此组 数据执行读操作, 另一组进程可对此组数据执行写操作(同 时也可以执行读操作)，将前一组进程称作读者，后一组 进程称作写者。为了保证共享数据的完整性，要求：
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准备知识
了解进程死锁的原理；
掌握自然有序分配法。
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实验原理
死锁是指在一组进程中的各个进程均占有不会释放的资源， 但因互相申请被其他进程所占用不会释放的资源而处于的 一种永久等待状态。 死锁的四个必要条件：
（1）互斥条件（Mutual exclusion）：资源不能被共享，只能由一 个进程使用。 （2）请求与保持条件（Hold and wait）：已经得到资源的进程可以 再次申请新的资源。 （3）非剥夺条件（No pre-emption）：已分配的资源不能从相应的 进程中被强制地剥夺。 （4）循环等待条件（Circular wait）：系统中若干进程组成环路， 该环路中每个进程都在等待相邻进程已占用的资源。
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实验内容
编写读者—写者问题的程序，要求如下：
（1） 在Linux下用C编程，利用信号量操作实现进程同步； （2） 读写请求随机产生（比如敲击键盘上的r和w），并动态显示 当前的状态（读的时候有多少读者，有多少个写者在等待；写的 时候是谁在写，还有多少写者和读者在等待），每个读者和写者 用的时间可以预先设定。
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实验原理
同步
同步是指进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系，即进程 在执行的时间顺序上必须遵循特定的次序，这种时序关系称为同步关 系。例如：B进程在运行时需要A进程的输出结果作为资源，那么A进 程必须在B进程执行之前完成，这就确定了A、B两进程间的同步关系 。
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实验一 读者—写者问题
实 实 准 实 实
验 验 备 验 验
目 内 知 原 指
的 容 识 理 导
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实验目的
理解进程同步的原理和机制；
通过读者—写者问题的设计与实现进一步掌握进程同步 在实际中的应用。