操作系统进程同步和互斥的实验报告

操作系统进程同步和互斥的实验报告
操作系统进程同步和互斥的实验报告

湖南农业大学信息科学技术学院

学生实验报告

姓名:年级专业班级日期2008 年11 月25日成绩

进程同步机制与互斥-生产者消费者问题

学习中心: 专业: 年级:年春/秋季 学号: 学生: 题目:进程同步与互斥生产者-消费者问题 1.谈谈你对本课程学习过程中的心得体会与建议? 转眼间,学习了一个学期的计算机操作系统课程即将结束。在这个学期中,通过老师的悉心教导,让我深切地体会到了计算机操作系统的一些原理和具体操作过程。在学习操作系统之前,我只是很肤浅地认为操作系统只是单纯地讲一些关于计算机方面的操作应用,并不了解其中的具体操作过程 1.1设计思路 在这次设计中定义的多个缓冲区不是环形循环的,并且不需要按序访问。其中生产者可以把产品放到某一个空缓冲区中,消费者只能消费被指定生产者生产的产品。本设计在测试用例文件中指定了所有生产和消费的需求,并规定当共享缓冲区的数据满足了所有有关它的消费需求后,此共享才可以作为空闲空间允许新的生产者使用。

本设计在为生产者分配缓冲区时各生产者之间必须互斥,此后各个生产者的具体生产活动可以并发。而消费者之间只有在对同一个产品进行消费时才需要互斥,它们在消费过程结束时需要判断该消费者对象是否已经消费完毕并释放缓冲区的空间。 1.2程序流程图 1.3基本内容 在设计程序时主要有三个主体部分、三个辅助函数和一个数据结构。 其中主体部分为一个主函数main(),用于初始化缓冲区和各个同步对象,并完成线程信息的读入,最后根据该组的线程记录启动模拟线程,并等待所有线程的运 Y

行结束后退出程序; 生产者函数Produce()和消费者函数Consume(),生产者和消费者函数运行于线程中完成对缓冲区的读、写动作,根据此处生产消费的模型的特点,生产者和消费者之间通过使用同步对象实现了生产和消费的同步与互斥,是本实验的核心所在。 另外三个辅助性函数被生产者和消费者函数调用,是上述生产和消费函数中对缓冲区进行的一系列处理。 3)在实现本程序的消费生产模型时,具体的通过如下同步对象实现互斥: ①设一个互斥量h_mutex,以实现生产者在查询和保留缓冲区内的下一个位置时进行互斥。 ②每一个生产者用一个信号量与其消费者同步,通过设置h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]信号量 ③数组实现,该组信号量用于相应的产品已产生。同时用一个表示空缓冲区

实验一进程调度实验报告书

淮海工学院计算机工程学院实验报告书 课程名:《操作系统原理A》 题目:进程调度 班级:软件132 学号:2013122907 姓名:孙莹莹

操作系统原理实验——进程调度实验报告 一、目的与要求 1)进程是操作系统最重要的概念之一,进程调度是操作系统内核的重要功能,本实验要求用C 语言编写一个进程调度模拟程序,使用优先级或时间片轮转法实现进程调度。本实验可加深对进程调度算法的理解。 2)按照实验题目要求独立正确地完成实验内容(编写、调试算法程序,提交程序清单及及相关实验数据与运行结果) 3)于2015年4月18日以前提交本次实验报告(含电子和纸质报告,由学习委员以班为单位统一打包提交)。 二、实验内容或题目 1)设计有5个进程并发执行的模拟调度程序,每个程序由一个PCB表示。 2)模拟调度程序可任选两种调度算法之一实现(有能力的同学可同时实现两个调度算法)。 3)程序执行中应能在屏幕上显示出各进程的状态变化,以便于观察调度的整个过程。 4)本次实验内容(项目)的详细说明以及要求请参见实验指导书。 三、实验步骤与源程序 (1)流程图

(2)实验步骤 1)PCB的结构:优先级算法中,设PCB的结构如下图所示,其中各数据项的含义如下: Id:进程标识符号,取值1—5。 Priority:优先级,随机产生,范围1—5。 Used:目前已占用的CPU时间数,初值为0;当该进程被调用执行时,每执行一个时间片,Used加1。 Need:进程尚需的CPU时间数,初值表示该进程需要运行的总时间,取值范围为5—10。并随机产生,每运行一个时间片need减1;need为0则进程结束。 Status:进程状态R(运行),W(就绪),F(完成);初始时都处于就绪状态。 Next:指向就绪队列中下一个进程的PCB的指针。 2)初始状态及就绪队列组织: 5个进程初始都处于就绪状态,进程标识1—5,used初值都为0。各进程的优先级随机产生,范围1—5。处于就绪状态的进程,用队列加以组织,队列按优先级由高到低依次排列,队首指针设为head,队尾指针为tail。 3)调度原则以及运行时间的处理: 正在执行的进程每执行一个时间片,其优先级减1(允许优先级为负)。进程调度将在以下情况发生:当正在运行的程序其优先级小于就绪队列队首进程的优先级时。程序中进程的运行时间以逻辑时间片为单位。

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均,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#in clude #in clude key_t ftok (char*path name, char proj) ;它返回与路径path name 相对应的一个键值。 ③int semget(key_t key, int n sems, 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(i nt semid, struct sembuf *sops, un sig ned n sops); 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;

实验二(1)进程同步

实验二(2)进程同步 一、实验目的 1、生产者-消费者问题是很经典很具有代表性的进程同步问题,计算机中的很多同步问题都可抽象为生产者-消费者问题,通过本实验的练习,希望能加深学生对进程同步问题的认识与理解。 2、熟悉VC的使用,培养和提高学生的分析问题、解决问题的能力。 二、实验内容及其要求 1.实验内容 以生产者/消费者模型为依据,创建一个控制台进程,在该进程中创建n个线程模拟生产者和消费者,实现进程(线程)的同步与互斥。 2.实验要求 学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则;设计程序,实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥; 三、实验算法分析 1、实验程序的结构图(流程图); 2、数据结构及信号量定义的说明; (1) CreateThread ●功能——创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程 ●格式 HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize,

LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParamiter, DWORD dwCreationFlags, Lpdword lpThread ); ●参数说明 lpThreadAttributes——指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES(新线程的安全性描述符)。dwStackSize——定义原始堆栈大小。 lpStartAddress——指向使用LPTHRAED_START_ROUTINE类型定义的函数。 lpParamiter——定义一个给进程传递参数的指针。 dwCreationFlags——定义控制线程创建的附加标志。 lpThread——保存线程标志符(32位) (2) CreateMutex ●功能——创建一个命名或匿名的互斥量对象 ●格式 HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, BOOL bInitialOwner, LPCTSTR lpName); bInitialOwner——指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马 ●参数说明 lpMutexAttributes——必须取值NULL。上加锁)。 lpName——互斥量名称。 (3) CreateSemaphore ●功能——创建一个命名或匿名的信号量对象 ●格式 HANDLE CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, LONG lInitialCount, LONG lMaximumCount, LPCTSTR lpName ); ●参数说明 lpSemaphoreAttributes——必须取值NULL。

进程间的同步和互斥-

实验报告 1、实验名称 进程间的互斥和同步 2、小组成员:姓名+学号 3、实验目的 Linux命名信号量实现进程间的互斥和同步 4、实验背景知识 进程同步也是进程之间直接的制约关系,是为完成某种任务而建立的两个或多个线程,这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。比如说进程A需要从缓冲区读取进程B产生的信息,当缓冲区为空时,进程B因为读取不到信息而被阻塞。而当进程A产生信息放入缓冲区时,进程B才会被唤醒。 进程互斥是进程之间的间接制约关系。当一个进程进入临界区使用临界资源时,另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后,这个进程才会解除阻塞状态。比如进程B需要访问打印机,但此时进程A占有了打印机,进程B会被阻塞,直到进程A释放了打印机资源,进程B才可以继续执行。 5、实验步骤演示 大概步骤: 先进行单次同步,把信号量先初始化为0,创建一个命名信号量,设置信号捕捉处理代码,安装捕捉信号;其次使用信号量进行同步和互斥的操作。 详细步骤: 1.创建一个命名信号量,sem = sem_open(SEM_NAME, OPEN_FLAG, OPEN_MODE, INIT_V); 2.创建子进程,pid = fork(); 3.V操作,sem_post(sem); 4.P操作,sem_wait(sem); 5.等待子进程结束,wait(&status); 6.删掉在系统创建的信号量,sem_unlink(SEM_NAME); 7.彻底销毁打开的信号量,sem_close(sem);

8.信号捕捉处理,static void myhandler(void); 9.迭代同步,两个信号量,开始时一个为1,一个为0,一个进程执行完换另一个执行; 10.安装捕捉信号,signal(SIGINT,(void *)myhandler ); 11.创建一个命名信号量:sem1 = sem_open(SEM_NAME1, OPEN_FLAG, OPEN_MODE, 1);sem2 = sem_open(SEM_NAME2, OPEN_FLAG, OPEN_MODE, 0); 12.创建子进程,pid = fork(); 13.if(0 == pid) P操作:sem_wait(sem1); V操作:sem_post(sem2); 14.if(0 < pid) P操作:sem_wait(sem2); V操作:sem_post(sem1); 15.static void mysem(char *str) { int i = 0; //P操作 sem_wait(sem); while('\0' != str[i]) { printf("%c\n", str[i++]); sleep(1); } //V操作 sem_post(sem); } 进程排斥,在临界区设置PV操作 16.创建一个命名信号量,sem = sem_open(SEM_NAME, OPEN_FLAG, OPEN_MODE, INIT_V); 17.if(0 == pid) { mysem("abcd"); } 18.if(0 < pid) { mysem("1234"); //等待子进程结束 wait(&status); //删掉在系统创建的信号量 sem_unlink(SEM_NAME); //彻底销毁打开的信号量 sem_close(sem); } 说明: 命名信号量不带内存共享,编译时要带库文件-lpthread或-lrt

操作系统的进程调度 实验报告

《计算机操作系统2》实验报告 实验一题目:操作系统的进程调度 姓名:学号:12125807 实验日期:2014.12 实验要求: 1.设计一个有n个进程工行的进程调度程序。每个进程由一个进程控制块(PCB)表示。 进程控制块通常应包含下述信息:进程名、进程优先数、进程需要运行的时间、占用CPU的时间以及进程的状态等,且可按调度算法的不同而增删。 2.调度程序应包含2~3种不同的调度算法,运行时可任意选一种,以利于各种算法的分 析比较。 3.系统应能显示或打印各进程状态和参数的变化情况,便于观察诸进程的调度过程 实验目的: 1.进程是操作系统最重要的概念之一,进程调度又是操作系统核心的主要内容。本实习要 求学生独立地用高级语言编写和调试一个简单的进程调度程序。调度算法可任意选择或自行设计。例如,简单轮转法和优先数法等。本实习可加深对于进程调度和各种调度算法的理解。 实验内容: 1.编制和调试示例给出的进程调度程序,并使其投入运行。 2.自行设计或改写一个进程调度程序,在相应机器上调试和运行该程序,其功能应该不亚 于示例。 3.直观地评测各种调度算法的性能。 示例: 1.题目 本程序可选用优先数法或简单轮转法对五个进程进行调度。每个进程处于运行R(run)、就绪W(wait)和完成F(finish)三种状态之一,并假设起始状态都是就绪状态W。为了便于处理,程序进程的运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时间片数、以及进程需要运行的时间片数,均由伪随机数发生器产生。 进程控制块结构如下:

PCB 进程标识数 链指针 优先数/轮转时间片数 占用CPU时间片数 进程所需时间片数 进程状态 进程控制块链结构如下: 其中:RUN—当前运行进程指针; HEAD—进程就绪链链首指针; TAID—进程就绪链链尾指针。 2.算法与框图 (1) 优先数法。 进程就绪链按优先数大小从高到低排列,链首进程首先投入运行。每过一个时间片,运行进程所需运行的时间片数减1,说明它已运行了一个时间片,优先数也减3,理由是该进程如果在一个时间片中完成不了,优先级应该降低一级。接着比较现行进程和就绪链链首进程的优先数,如果仍是现行进程高或者相同,就让现行进程继续进行,否则,调度就绪链链首进程投入运行。原运行进程再按其优先数大小插入就绪链,且改变它们对应的进程状态,直至所有进程都运行完各自的时间片数。 (2) 简单轮转法。 进程就绪链按各进程进入的先后次序排列,进程每次占用处理机的轮转时间按其重要程度登入进程控制块中的轮转时间片数记录项(相当于优先数法的优先数记录项位置)。每过一个时间片,运行进程占用处理机的时间片数加1,然后比较占用处理机的时间片数是否与该进程的轮转时间片数相等,若相等说明已到达轮转时间,应将现运行进程排到就绪链末尾,调度链首进程占用处理机,且改变它们的进程状态,直至所有进程完成各自的时间片。(3) 程序框图如下图所示。

操作系统实验报告--实验一--进程管理

实验一进程管理 一、目的 进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求编写和调试一个简单的进程调度程序。通过本实验加深理解有关进程控制块、进程队列的概念,并体会和了解进程调度算法的具体实施办法。 二、实验内容及要求 1、设计进程控制块PCB的结构(PCB结构通常包括以下信息:进程名(进程ID)、进程优先数、轮转时间片、进程所占用的CPU时间、进程的状态、当前队列指针等。可根据实验的不同,PCB结构的内容可以作适当的增删)。为了便于处理,程序中的某进程运行时间以时间片为单位计算。各进程的轮转时间数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。 2、系统资源(r1…r w),共有w类,每类数目为r1…r w。随机产生n进程P i(id,s(j,k),t),0<=i<=n,0<=j<=m,0<=k<=dt为总运行时间,在运行过程中,会随机申请新的资源。 3、每个进程可有三个状态(即就绪状态W、运行状态R、等待或阻塞状态B),并假设初始状态为就绪状态。建立进程就绪队列。 4、编制进程调度算法:时间片轮转调度算法 本程序用该算法对n个进程进行调度,进程每执行一次,CPU时间片数加1,进程还需要的时间片数减1。在调度算法中,采用固定时间片(即:每执行一次进程,该进程的执行时间片数为已执行了1个单位),这时,CPU时间片数加1,进程还需要的时间片数减1,并排列到就绪队列的尾上。 三、实验环境 操作系统环境:Windows系统。 编程语言:C#。 四、实验思路和设计 1、程序流程图

2、主要程序代码 //PCB结构体 struct pcb { public int id; //进程ID public int ra; //所需资源A的数量 public int rb; //所需资源B的数量 public int rc; //所需资源C的数量 public int ntime; //所需的时间片个数 public int rtime; //已经运行的时间片个数 public char state; //进程状态,W(等待)、R(运行)、B(阻塞) //public int next; } ArrayList hready = new ArrayList(); ArrayList hblock = new ArrayList(); Random random = new Random(); //ArrayList p = new ArrayList(); int m, n, r, a,a1, b,b1, c,c1, h = 0, i = 1, time1Inteval;//m为要模拟的进程个数,n为初始化进程个数 //r为可随机产生的进程数(r=m-n) //a,b,c分别为A,B,C三类资源的总量 //i为进城计数,i=1…n //h为运行的时间片次数,time1Inteval为时间片大小(毫秒) //对进程进行初始化,建立就绪数组、阻塞数组。 public void input()//对进程进行初始化,建立就绪队列、阻塞队列 { m = int.Parse(textBox4.Text); n = int.Parse(textBox5.Text); a = int.Parse(textBox6.Text); b = int.Parse(textBox7.Text); c = int.Parse(textBox8.Text); a1 = a; b1 = b; c1 = c; r = m - n; time1Inteval = int.Parse(textBox9.Text); timer1.Interval = time1Inteval; for (i = 1; i <= n; i++) { pcb jincheng = new pcb(); jincheng.id = i; jincheng.ra = (random.Next(a) + 1); jincheng.rb = (random.Next(b) + 1); jincheng.rc = (random.Next(c) + 1); jincheng.ntime = (random.Next(1, 5)); jincheng.rtime = 0;

山东大学操作系统实验报告4进程同步实验

山东大学操作系统实验报告4进程同步实验

计算机科学与技术学院实验报告 实验题目:实验四、进程同步实验学号: 日期:20120409 班级:计基地12 姓名: 实验目的: 加深对并发协作进程同步与互斥概念的理解,观察和体验并发进程同步与互斥 操作的效果,分析与研究经典进程同步与互斥问题的实际解决方案。了解 Linux 系统中 IPC 进程同步工具的用法,练习并发协作进程的同步与互斥操作的编程与调试技术。 实验内容: 抽烟者问题。假设一个系统中有三个抽烟者进程,每个抽烟者不断地卷烟并抽烟。抽烟者卷起并抽掉一颗烟需要有三种材料:烟草、纸和胶水。一个抽烟者有烟草,一个有纸,另一个有胶水。系统中还有两个供应者进程,它们无限地供应所有三种材料,但每次仅轮流提供三种材料中的两种。得到缺失的两种材料的抽烟者在卷起并抽掉一颗烟后会发信号通知供应者,让它继续提供另外的两种材料。这一过程重复进行。请用以上介绍的 IPC 同步机制编程,实现该问题要求的功能。 硬件环境: 处理器:Intel? Core?i3-2350M CPU @ 2.30GHz ×4 图形:Intel? Sandybridge Mobile x86/MMX/SSE2 内存:4G 操作系统:32位 磁盘:20.1 GB 软件环境: ubuntu13.04 实验步骤: (1)新建定义了producer和consumer共用的IPC函数原型和变量的ipc.h文件。

(2)新建ipc.c文件,编写producer和consumer 共用的IPC的具体相应函数。 (3)新建Producer文件,首先定义producer 的一些行为,利用系统调用,建立共享内存区域,设定其长度并获取共享内存的首地址。然后设定生产者互斥与同步的信号灯,并为他们设置相应的初值。当有生产者进程在运行而其他生产者请求时,相应的信号灯就会阻止他,当共享内存区域已满时,信号等也会提示生产者不能再往共享内存中放入内容。 (4)新建Consumer文件,定义consumer的一些行为,利用系统调用来创建共享内存区域,并设定他的长度并获取共享内存的首地址。然后设定消费者互斥与同步的信号灯,并为他们设置相应的初值。当有消费进程在运行而其他消费者请求时,相应的信号灯就会阻止它,当共享内存区域已空时,信号等也会提示生产者不能再从共享内存中取出相应的内容。 运行的消费者应该与相应的生产者对应起来,只有这样运行结果才会正确。

进程调度算法模拟实验

华北科技学院计算机系综合性实验 实验报告 课程名称操作系统C 实验学期2012至2013学年第2学期学生所在系部计算机系 年级专业班级 学生姓名学号 任课教师杜杏菁 实验成绩 计算机系制

《操作系统C》课程综合性实验报告 开课实验室:基础六机房2013年6月3日 实验题目进程调度算法模拟 一、实验目的 通过对进程调度算法的模拟,进一步理解进程的基本概念,加深对进程运行状态和进程调度过程、调度算法的理解。 二、设备与环境 1.硬件设备:PC机一台 2.软件环境:安装Windows操作系统或者Linux操作系统,并安装相关的程序开发环境,如C \C++\Java等编程语言环境。 三、实验内容 (1)用C语言(或其它语言,如Java)实现对N个进程采用某种进程调度算法(如动态优先权调度)的调度。 (2)每个用来标识进程的进程控制块PCB可用结构来描述,包括以下字段: ?进程标识数ID。 ?进程优先数PRIORITY,并规定优先数越大的进程,其优先权越高。 ?进程已占用CPU时间CPUTIME。 ?进程还需占用的CPU时间ALLTIME。当进程运行完毕时,ALLTIME变为0。 ?进程的阻塞时间STARTBLOCK,表示当进程再运行STARTBLOCK个时间片后,进程将进 入阻塞状态。 ?进程被阻塞的时间BLOCKTIME,表示已阻塞的进程再等待BLOCKTIME个时间片后,将 转换成就绪状态。 ?进程状态STATE。 ?队列指针NEXT,用来将PCB排成队列。 (3)优先数改变的原则: ?进程在就绪队列中呆一个时间片,优先数增加1。 ?进程每运行一个时间片,优先数减3。 (4)为了清楚地观察每个进程的调度过程,程序应将每个时间片内的进程的情况显示出来,包括正在运行的进程,处于就绪队列中的进程和处于阻塞队列中的进程。

操作系统实验报告(进程的创建)(DOC)

实验题目进程的创建小组合作否姓名班级学号 一、实验目的 1、了解进程的创建。 2、了解进程间的调用以及实现。 3、分析进程竞争资源的现象,学习解决互斥的方法。 4、加深对进程概念的理解,认识并发执行的本质。 二.实验环境 Windows 系统的计算机一台,安装了Linux虚拟机 三、实验内容与步骤 1、fork()系统调用的使用例子 程序代码: #include #include #include int glob=3; int main(void) { pid_t pid;int loc=3; printf("before fork();glod=%d,loc=%d.\n",glob,loc); if((pid=fork())<0) { printf("fork() error. \n"); exit(0); } else if(pid==0) { glob++; loc--; printf("child process changes glob and loc: \n"); } else

wait(0); printf("parent process doesn't change the glob and loc:\n"); printf("glob=%d,loc=%d\n",glob,loc); exit(0); } 运行结果: 2、理解vofork()调用: 程序代码: #include #include #include int glob=3; int main(void) { pid_t pid; int loc=3; if((pid=vfork())<0) { printf("vfork() error\n"); exit(0); } else if(pid==0) { glob++; loc--; printf("child process changes the glob and loc\n"); exit(0); } else printf ("parent process doesn't change the glob and loc\n"); printf("glob=%d,val=%d\n",glob,loc);

进程的同步实验报告汇总

操作系统 实验报告 哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院

一、实验概述 1. 实验名称 进程的同步 2. 实验目的 ⑴使用EOS的信号量,编程解决生产者 消费者问题,理解进程同步的意义。 ⑵调试跟踪EOS信号量的工作过程,理解进程同步的原理。 ⑶修改EOS的信号量算法,使之支持等待超时唤醒功能(有限等待),加深理解进程同步的原理。 3. 实验类型 验证+设计 4. 实验内容 ⑴准备实验 ⑵使用EOS的信号量解决生产者-消费者问题 ⑶调试EOS信号量的工作过程 ①创建信号量 ②等待释放信号量 ③等待信号量(不阻塞) ④释放信号量(不唤醒) ⑤等待信号量(阻塞) ⑥释放信号量(唤醒) ⑷修改EOS的信号量算法 二、实验环境 WindowsXP + EOS集成实验环境 三、实验过程 1. 设计思路和流程图

图4-1.整体试验流程图

图4-2.Main 函数流程图、生产者消费、消费者流程图 2. 算法实现 3. 需要解决的问题及解答 (1). 思考在ps/semaphore.c 文件内的PsWaitForSemaphore 和PsReleaseSemaphore 函数中,为什么要使用原子操作?

答:在执行等待信号量和释放信号量的时候,是不允许cpu响应外部中断的,如果此时cpu响应了外部中断,会产生不可预料的结果,无法正常完成原子操作。 (2). 绘制ps/semaphore.c文件内PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函数的流程图。 (3).P143生产者在生产了13号产品后本来要继续生产14号产品,可此时生产者为什么必须等待消费者消费了4号产品后,才能生产14号产品呢?生产者和消费者是怎样使用同步对象来实现该同步过程的呢? 答:这是因为临界资源的限制。临界资源就像产品仓库,只有“产品仓库”空闲生产者才能生产东西,有权向里面放东西。所以它必须等到消费者,取走产品,“产品空间”(临界资源)空闲时,才继续生产14号产品。 (4). 根据本实验3.3.2节中设置断点和调试的方法,自己设计一个类似的调试方案来验证消费者线程在消费24号产品时会被阻塞,直到生产者线程生产了24号产品后,消费者线程才被唤醒并继续执行的过程。 答:可以按照下面的步骤进行调试 (1) 删除所有的断点。 (2) 按F5启动调试。OS Lab会首先弹出一个调试异常对话框。 (3) 在调试异常对话框中选择“是”,调试会中断。 (4) 在Consumer函数中等待Full信号量的代码行(第173行)WaitForSingleObject(FullSemaphoreHandle, INFINITE); 添加一个断点。 (5) 在“断点”窗口(按Alt+F9打开)中此断点的名称上点击右键。 (6) 在弹出的快捷菜单中选择“条件”。 (7) 在“断点条件”对话框(按F1获得帮助)的表达式编辑框中,输入表达式“i == 24”。 (8) 点击“断点条件”对话框中的“确定”按钮。 (9) 按F5继续调试。只有当消费者线程尝试消费24号产品时才会在该条件断点处中断。 4. 主要数据结构、实现代码及其说明 修改PsWaitForSemaphore函数 if (Semaphore->Count>0){ Semaphore->Count--; flag=STATUS_SUCCESS; }//如果信号量大于零,说明尚有资源,可以为线程分配 else flag=PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds); KeEnableInterrupts(IntState); // 原子操作完成,恢复中断。 return flag; }//否则,说明资源数量不够,不能再为线程分配资源,因此要使线程等待 修改PsReleaseSemaphore函数 if (Semaphore->Count + ReleaseCount > Semaphore->MaximumCount) {

操作系统实验-进程同步与互斥

实验四:进程的管道通信 实验题目 进程的管道通信 实验目的 加深对进程概念的理解,明确进程和程序的区别。学习进程创建的过程,进一步认识进程并发执行的实质。分析进程争用资源的现象,学习解决进程互斥的方法。学习解决进程同步的方法。掌握Linux系统中进程间通过管道通信的具体实现 实验内容 使用系统调用pipe()建立一条管道,系统调用fork()分别创建两个子进程,它们分别向管道写一句话,如: Child process1 is sending a message! Child process2 is sending a message! 父进程分别从管道读出来自两个子进程的信息,显示在屏幕上。 当然,仅仅通过屏幕上输出这两句话还不能说明实现了进程的管道通信,为了能够更好的证明和显示出进程的同步互斥和通信,在其中要加入必要的跟踪条件,如一定的输出语句等,来反映程序的并发执行情况 实验要求 这是一个设计型实验,要求自行、独立编制程序。两个子进程要并发执行。实现管道的互斥使用。当一个子进程正在对管道进行写操

作时,另一个欲写入管道的子进程必须等待。使用系统调用lockf(fd[1],1,0)实现对管道的加锁操作,用lockf(fd[1],0,0)解除对管道的锁定。实现父子进程的同步,当父进程试图从一空管道中读取数据时,便进入等待状态,直到子进程将数据写入管道返回后,才将其唤醒。 为了清楚的反应进程的同步,在子进程完成相应的操作后,调用sleep()函数睡眠一段时间(程序中定为3s)。父进程先执行wait()函数,当有子进程执行完毕后,会得到子进程的返回结果并清理子进程。若子进程没执行完,父进程一直执行wait()进行监听,知道有一个子进程执行完成为僵尸进程。 程序中用到的系统调用 因为程序时在linux系统上进行编写的,所以其中要利用到相关的linux提供的系统调用。 所用到的系统调用包含在如下头文件中。 #include #include #include #include #include #include fork() 用于创一个子进程。 格式:int fork();

进程同步实验报告

实验三进程的同步 一、实验目的 1、了解进程同步和互斥的概念及实现方法; 2、更深一步的了解fork()的系统调用方式。 二、实验内容 1、预习操作系统进程同步的概念及实现方法。 2、编写一段源程序,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”和字符“c”。程序的输出是什么?分析原因。 3、阅读模拟火车站售票系统和实现进程的管道通信源代码,查阅有关进程创建、进程互斥、进程同步的系统功能调用或API,简要解释例程中用到的系统功能或API的用法,并编辑、编译、运行程序,记录程序的运行结果,尝试给出合理的解释。 4、(选做)修改问题2的代码,使得父子按顺序显示字符“a”;“b”、“c”编辑、编译、运行。记录程序运行结果。 三、设计思想 1、程序框架 (1)创建两个子进程:(2)售票系统:

(3)管道通信: 先创建子进程,然后对内容加锁,将输出语句存入缓存,并让子进程自己进入睡眠,等待别的进程将其唤醒,最后解锁;第二个子进程也执行这样的过程。父进程等待子进程后读内容并输出。 (4)修改程序(1):在子进程的输出语句前加上sleep()语句,即等待父进程执行完以后再输出。 2、用到的文件系统调用函数 (1)创建两个子进程:fork() (2)售票系统:DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpPartameter); CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL); CloseHandle(hThread1); (HANDLE)CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); Sleep(4000)(sleep调用进程进入睡眠状态(封锁), 直到被唤醒); WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE); ReleaseMutex(hMutex); (3)管道通信:pipe(fd),fd: int fd[2],其中: fd[0] 、fd[1]文件描述符(读、写); lockf( fd,function,byte)(fd: 文件描述符;function: 1: 锁定 0:解锁;byte: 锁定的字节数,0: 从当前位置到文件尾); write(fd,buf,byte)、read(fd,buf,byte) (fd: 文件描述符;buf : 信息传送的源(目标)地址;byte: 传送的字节数); sleep(5); exit(0); read(fd[0],s,50) (4)修改程序(1):fork(); sleep(); 四、调试过程 1、测试数据设计 (1)创建两个子进程:

进程同步与互斥汇总

进程同步与互斥

进程的PV操作 在操作系统中,P、V操作是进程管理中的难点。这是1968年荷兰人Dijkstra 给出的一种解决并发进程间互斥和同步关系的通用方法。 1. P、V操作的意义 定义了信号量及其上的P操作和V操作,来实现并发进程间的同步和互斥,甚至可以用来管理资源的分配。P、V操作因交换的信息量少,属于进程的低级通信。 2. 什么是信号量? 信号量(semaphore)是由一个值和一个指针构成的数据结构。值为整型变

量,表示信息量的值;指针指向进程控制块(PCB)队列的队头,表示等待该信号量的下一个进程。如下图所示。 信号量的一般结构及PCB队列 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,信号量的初值不能为负,且其值只能由P、V操作来改变。 3. P、V操作的含义 P、V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S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S≥0,则该进程继续执行;否则该进程状态置为阻塞状态,进程PCB 排入信号量PCB队列末尾,放弃CPU,等待V操作的执行。 V(S): ①将信号量S的值加1,即S=S+1; ②如果S≤0,释放信号量队列中第一个PCB所对应的进程,将进程状态由阻塞态改为就绪态。执行V操作的进程继续执行。 一般来说,信号量S≥0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,因此要唤醒一个阻塞状态的进程,使之成为就绪状态。 4. 利用信号量和P、V操作实现进程互斥 一般地,n个进程利用信号量和P、V操作实现进程互斥的一般模型如下: 进程P 1进程P 2 ……进程Pn …… …… …… P(S); P(S); P(S); 临界区;临界区;临界区; V(S); V(S); V(S); …… …… …… …… 其中S是互斥信号量,初值为1。 使用P、V操作实现进程互斥时应该注意的问题是: (1)每个程序中,用户实现互斥的P、V操作必须成对出现,先做P操作,进临界区,后做V操作,出临界区。若有多个分支,要认真检查P、V操作的成对性。 (2)P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部,临界区的代码应尽可能短,不能有死循环。 (3)互斥信号量的初值一般为1。 由于用于互斥的信号量sem与所有的并发进程有关,所以称之为公有信号量。公有信号量的值反映了公有资源的数量。只要把临界区置于P(sem)和V(sem)

实验一处理器调度实验报告

处理器调度一、实验内容 选择一个调度算法,实现处理器调度。 二、实验目的 在采用多道程序设计的系统中,往往有若干个进程同时处于就绪状态。 当就绪状态进程 个数大于处理器数时,就必须依照某种策略来决定哪些进程优先占用处理器。本实验模拟在单处理器情况下处理器调度,帮助学生加深了解处理器调度的工作。 三、实验题目 设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的程序 提示: (1)假定系统有五个进程,每一个进程用一个进程控制块PCB来代表。进 程控制块的格 式为: 其中,进程名----作为进程的标识,假设五个进程的进程名分别是R, P2, P3, P4,R。 指针—按优先数的大小把五个进程连成队列,用指针指出下一个进程的进程控制块

首地址,最后一个进程中的指针为“ 0”。 要求运行时间-- 假设进程需要运行的单位时间数。 优先数-赋予进程的优先数,调度时总是选取优先数大的进程先执行。 状态-可假设有两种状态,“就绪”状态和“结束“状态,五个进程的初 始状态都为 “就绪“状态,用“ R”表示,当一个进程运行结束后,它的状态变为“结束”, 用“ E”表示。 (2)在每次运行你所设计的处理器调度程序之前,为每个进程任意确定它的“优先数” 和“要求运行时间”。 (3)为了调度方便,把五个进程按给定的优先数从大到小连成队列,用一单元指出队首 进程,用指针指出队列的连接情况。例: 队首标志 (4)处理器调度总是选队首进程运行。采用动态改变优先数的办法,进程每运行一次优 先数就减“ 1”。由于本实验是模拟处理器调度,所以,对被选中的进程并不实际的 启动运行,而是执行: 优先数- 1 要求运行时间-1 来模拟进程的一次运行提醒注意的是:在实际的系统中,当一个进程被选中运

进程间通信实验报告

进程间通信实验报告 班级:10网工三班学生姓名:谢昊天学号:1215134046 实验目的和要求: 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。 实验内容与分析设计: (1)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? (2)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。(3)比较上述(1),(2)两种消息通信机制中数据传输的时间。 实验步骤与调试过程: 1.消息的创建,发送和接收: (1)先后通过fork( )两个子进程,SERVER和CLIENT进行通信。 (2)在SERVER端建立一个Key为75的消息队列,等待其他进程发来的消息。当遇到类型为1的消息,则作为结束信号,取消该队列,并退出SERVER 。SERVER每接收到一个消息后显示一句“(server)received”。 (3)CLIENT端使用Key为75的消息队列,先后发送类型从10到1的消息,然后退出。最后的一个消息,既是 SERVER端需要的结束信号。CLIENT每发送一条消息后显示一句“(client)sent”。 (4)父进程在 SERVER和 CLIENT均退出后结束。 2.共享存储区的创建,附接和断接: (1)先后通过fork( )两个子进程,SERVER和CLIENT进行通信。 (2)SERVER端建立一个KEY为75的共享区,并将第一个字节置为-1。作为数据空的标志.等待其他进程发来的消息.当该字节的值发生变化时,表示收到了该消息,进行处理.然后再次把它的值设为-1.如果遇到的值为0,则视为结束信号,取消该队列,并退出SERVER.SERVER 每接收到一次数据后显示”(server)received”. (3)CLIENT端建立一个为75的共享区,当共享取得第一个字节为-1时, Server端空闲,可发送请求. CLIENT 随即填入9到0.期间等待Server端再次空闲.进行完这些操作后, CLIENT退出. CLIENT每发送一次数据后显示”(client)sent”. (4)父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。 实验结果: 1.消息的创建,发送和接收: 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。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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