长春大学操作系统实验指导(学生版).doc

实验一 熟悉Linux环境一、实验目的：1、熟悉Linux下的基本操作命令，能在Linux下进行常用的操作。 2、了解Linux下cc或gcc编译器的使用，能运行简单的C语言程序。二、实验知识预备(Linux相关的操作命令)1、 查看文件目录的命令 lsls a 显示指定目录下所有子目录与文件，包括隐藏文件ls -ld xh 以长格式显示指定目录xh的信息 2、 改变当前目录（cd）、创建新目录(mkdir)、显示当前目录(pwd)的命令mkdir tjl 在当前目录下建立子目录tjlcd tjl 进入子目录tjlcd . 返回上一级目录pwd 显示当前工作目录的绝对路径3、 查看文件内容的命令 cat moremore linuxbook.txt 显示linuxbook.txt文件的内容cat testfile.txt 建立文件testfile.tex，文件内容由键盘输入，按下Ctrl+D组合键，存盘退出。4、 文件或目录复制的命令 cp cp file1.txt file1.txt 将当前目录下的文件file1.txt复制成file2.txt5、删除文件或目录 rm rm ile1.txt 删除当前目录下的文件file1.txt rm -i* 以交互方式删除目录下的所有非隐藏文件 rm -rf xh 强制删除当前目录下的xh子目录6、 inux下编辑文件的方法 gedit a.c 打开编辑器编写程序。7、 在Linux下编译C程序的方法 先编译： gcc a.c -o a 再执行： ./a8、 取得帮助的方法man ls9、 权限操作 chmodChmod 属性字 文件名 属性字 u-拥有者 g-组用户 o-其它用户Chmod u+x tt （将文件tt加上拥有者可执行）Chmod 700 a (设置文件a权限为可执行)Chmod +x a (同上)三、实验内容1.登录linux系统，熟悉终端窗口的操作，了解linux文件系统。2在终端练习相关的命令。3编写程序：输出显示hello,everyone!的C语言程序，并编译和执行。附录1 Linux 文件系统结构1、 Linux目录结构Linux文件系统是树状的结构，系统中每个分区都是一个文件系统，都有自己的目录层次。Linux会将这些分属不同分区的、单独的文件系统按树状的方式形成一个系统的总目录层次结构。目录提供了一个管理文件方便而有效的途径，最上层是根目录，其他的所有目录都是从根目录出发而生成的，如下图。微软的DOS和Windows也是采用树状结构，但是其树状结构的根是磁盘分区的盘符，有几个分区就有几个树状结构，它们之间的关系是并列的。但在Linux中，无论操作系统管理几个磁盘分区，这样的目录树都只有一个。 /root/bin /home /dev /etc /lib /sbin /tmp /use /var/X11R6 /src /lib /local /man /bin图 Linux的目录结构Linux使用标准的目录结构，在安装时，安装程序就已经为用户创建了文件系统和完整而固定的目录结构，并指定了每个目录的作用和其中的文件类型。2、 目录功能简介 /bin 存放常用的二进制执行命令，如ls、mv、rm、 mkdir和telnet等。通常与/usr/bin的内容是一样的。 /dev 存放与设备有关的特殊文件。基本的UNUX和Linux系统都将设备当成文件，如/dev/fd0代表软盘，/dev/cdrom则表示光盘。/etc 存放系统管理和配置文件，如LILO的参数、用户的账号和密码，以及系统的主要设置。/home 为用户设置的目录，比如用户服务user的主目录就是/home/usre。/lib 标准程序设计库，又叫动态链接共享库，在Linux执行或编译内核时，均会用到。/slib 系统管理命令，存放的是系统管理员使用的管理程序，如fdisk、mount、 mkswap等。/boot 放置Linux核心与启动和关闭系统有关的文档。/tmp 公用的临时文件存储点。/root 系统管理员的主目录。/mnt 系统提供这个目录是让用户临时装载其他的文件系统，如装载软盘的文件系统。/lost+found 这个目录平时是空的，系统非正常关机时而留下的文件会放在这里。类似于Windows下的*.chk文件。/proc 虚拟的目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系统信息。/var 这是系统在工作时预先设置的工作目录，如各种服务的日志文件和收发的邮件等。/use 最庞大和最重要的目录之一，要用到的应用程序和文件几乎都在这个目录下。其中主要有：/usr/X11R6 存放X Windows的目录。/usr/bin 众多的应用程序。/usr/sbin 超级用户的一些管理程序。/usr/doc Linux系统的说明文档。/usr/include Linux下开发和编译应用程序所需要的头文件。/usr/lib 存放常用的动态链接训和软件包的配置文件。/usr/man 存储帮助文档。/usr/src Linux内核的源代码就放在这里，编译内核时必须用到。/usr/local/bin 本地增加的命令，通常用于软件的升级。/usr/local/lib 本地增加的库。实验二 进程管理一、实验目的(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）学习通过进程执行新的目标程序的方法。二、实验知识预备三、实验内容1如何获得当前进程和父进程的ID号，以及其用户和组的相关信息（ pid.c）。#include #include #include int main() pid_t myPid; pid_t myParentPid; gid_t myGid; uid_t myUid; myPid=getpid(); myParentPid=getppid(); myGid=getgid(); myUid=getuid(); printf(my process id is %dn,myPid); printf(my parents process id is %dn,myParentPid); printf(my user id is %dn,myUid); printf(my group id is %dn,myGid); return 0; 2一个程序如何运行另一个程序 答案：调用execvpexccvp目标在指定路径中查找并执行一个文件头文件#include函数Result=execvp(const char *file,const char *argv)参数File 要执行的文件名Argv 字符串数组返回值-1 如果出错例：exec_test.c#include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv) /以NULL结尾的字符串数组的指针，适合包含v的exec函数参数 char *arg = ls, -a, NULL; /* * 创建子进程并调用函数execl * execl 中希望接收以逗号分隔的参数列表，并以NULL指针为结束标志 */ if( fork() = 0 ) / in clild printf( 1-execl-n ); if( execl( /bin/ls, ls,-a, NULL ) = -1 ) perror( execl error ); exit(1); sleep(1); /* *创建子进程并调用函数execv *execv中希望接收一个以NULL结尾的字符串数组的指针 */ if( fork() = 0 ) / in child printf(2-execv-n); if( execv( /bin/ls,arg) 0) perror(execv error ); exit(1); sleep(1); /* *创建子进程并调用 execlp *execlp中 *l希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志 *p是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件 */ if( fork() = 0 ) / in clhild printf(3-execlp-n); if( execlp( ls, ls, -a, NULL ) 0 ) perror( execlp error ); exit(1); sleep(1); /* *创建子里程并调用execvp *v 望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针 *p 是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件 */ if( fork() = 0 ) printf(4-execvp-n); if( execvp( ls, arg ) 0 ) perror( execvp error ); exit( 1 ); sleep(1); /* *创建子进程并调用execle *l 希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志 *e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境 */ if( fork() = 0 ) printf(5-execle-n); if( execle(/bin/ls, ls, -a, NULL, NULL) = -1 ) perror(execle error ); exit(1); sleep(1); /* *创建子进程并调用execve * v 希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针 * e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境 */ if( fork() = 0 ) printf(6-execve-n); if( execve( /bin/ls, arg, NULL ) = 0) perror(execve error ); exit(1); return 0;2 如何建立新的进程 Fork目标创建进程头文件#include函数Pid_t=fork(void)参数没有返回值-1 如果出错0 返回到子进程Pid 将进程的进程ID传给父进程例：#includemain()int fork_rv; print(before:my pid is %dn,getpid(); fork_rv=fork();if (fork_rv=-1) perror(fork);else if(fork_rv=0) printf(“I am the child.mypid=%dn”,getpid();else printf(“I am the parent,my child.is %dn”,fork_rv);运行结果: before:my pid is 5931 I am the parent,my child is 5932 I am the child, my pid=5932 3vfork(1)执行程序fork.c,写出输出结果。#include #include #include #include int main()pid_t pid;/ pid 实质是一个整数int n = 0;/定义一个局部变量pid = fork();/创建进程if(pid 0)/返回值大于0，表示是父进程，返回的子进程IDwhile(1)printf(this is father processn);printf(father n=%dn,n);sleep(1);/休眠一秒钟return 0;(2)执行程序vfork.c,写出输出结果。#include #include #include #include int main()pid_t pid;/ pid 实质是一个整数int n = 0;/定义一个局部变量pid = vfork();/创建进程if(pid =3)break;exit(1);if(pid 0)/返回值大于0，表示是父进程，返回的子进程IDwhile(1)printf(this is father processn);printf(father n=%dn,n);sleep(1);/休眠一秒钟return 0;4 终止进程#include#includeint main()printf(using _exit-n);printf(This is the content in buffer);_exit(0); #include#includeint main()printf(using exit-n);printf(This is the content in buffer);exit(0); 5 父进程如何等待子进程的退出 Wait目标等待进程结束头文件#include#include函数Pid_t result=wait(int * statusptr)参数Statusptr子进程的运行结果返回值-1 如果出错Pid 结束进程的进程ID例：waitdemo.c#includemain()int newpid;int delay=2; int child_code(),parent_code(); printf(before:mypid is %dn,getpid(); if(newpid=fork()=-1) perror(fork);else if(newpid=0) child_code(delay);else parent_code(newpid);int child_code(int delay) printf(child %d here.will sleep for %d secondsn,getpid(),delay); sleep(delay); printf(child done.about to exitn); exit(17);int parent_code(int childpid)int wait_rv; wait_rv=wait(0); printf(done waiting for %d.wait returned:%dn,childpid,wait_rv);运行结果: befora:mypid is 10328 child 10329 here.will sleep for 2 seconds child done. About to exit do waiting for 10329.wait returned:10329实验三 编程实现自己的shell一、实验目的了解shell的功能和其执行程序的过程，编写自己的shell程序。二、实验知识预备1. 通过PS命令查看用户空间的进程 $ps pid tty time cmd 1775 pts/1 00:00:17 bash 1981 pts/1 00:00:00 ps 可以设置参数： -a :列出所在进程，包括其他终端由其他用户运行 的程序。 -l：更出各个进程的详细状态。2shell进程控制和程序控制的一个工具Shell是一个管理进程和运行进程的程序。有三个主要功能。（1）运行程序：shell是一个程序启动器。（2）管理输入和输出：shell将进程的输入和输出连接到一个文件或其他的进程。（3）编程3shell如何运行程序的(1)用户键入程序名 a.out(2)Shell建立一个新的进程来运行这个程序；(3)Shell将程序从磁盘载入(4)程序在它的进程中运行直到结束4如何编程实现自己的shell为了要写一个shell，需要：（1）运行一个程序（2）建立一个进程（3）等待exit()三、实验内容1编辑程序psh1.c,编译并执行。#include#include#include#define maxargs 20#define arglen 100int main()char *arglistmaxargs+1; int numargs; char argbufarglen; char *makestring(); numargs=0; while(numargs0)arglistnumargs=0; execute(arglist); numargs=0; return 0;int execute(char *arglist)execvp(arglist0,arglist);perror(execvp failed);exit(1);char *makestring(char *buf)char *cp,*malloc(); bufstrlen(buf)-1=0; cp=malloc(strlen(buf)+1); if(cp=0)fprintf(stderr,no memoryn); exit(1);strcpy(cp,buf);return cp;2编辑程序psh2.c，编译并执行。#include#include#include#define maxargs 20#define arglen 100int main()char *arglistmaxargs+1; int numargs; char argbufarglen; char *makestring(); numargs=0; while(numargs0)arglistnumargs=0; execute(arglist); numargs=0; return 0;int execute(char *arglist)int pid,exitstatus;pid=fork();switch(pid)case -1:perror(fork failed); exit(1);case 0: execvp(arglist0,arglist); perror(excvp failed); exit(1);default:while(wait(&exitstatus)!=pid); printf(child exited with status %d,%dn,exitstatus8,exitstatus&0377);char *makestring(char *buf)char *cp,*malloc(); bufstrlen(buf)-1=0; cp=malloc(strlen(buf)+1); if(cp=0)fprintf(stderr,no memoryn); exit(1);strcpy(cp,buf);return cp;3测试运行结果（1）分别执行psh1和psh2，执行过程中，输入ps命令写出两个程序运行的结果。并分析区别和原因。（2）在执行psh2过程程，输入./psh1和ps命令写程序运行的结果。、实验四 线程通讯一、实验目的用clone()创建四个轻进程(线程),用参数指明共享内存等资源,通过共享内存模拟生产者-消费者问题。二、实验知识预备1.int clone(int(*fn)(void *arg),void *stack, int flag,void *arg); fn-轻进程所执行的函数；stack-所使用的栈 arg-是调用过程的对应参数 flag-是组合值 CLONE_VM：表示子进程共享父进程内存 CLONE_FS：表示子进程共享父进程的文件系统 CLONE_SIGHAND：表示子进程共享父进程的消息处理机制 CLONE_PID：指子进程继承父进程的id号2. 信号灯类Sem_t sSem_init(s,m,n)sem_wait(&s)Sem_post(&s)3.互斥锁类Pthread_mutex_t mutexPthread_mutex_init(&mutex,NULL)Pthread_mutex_lock(&mutex)Pthread_mutex_unlock三、实验内容1编辑程序 clone.c#include #include #include #include #include int producer(void *args);int consumer(void *args);pthread_mutex_t mutex;sem_t product;sem_t warehouse;char buffer84;int bp=0;main(int argc,char *argv) pthread_mutex_init(&mutex,NULL); sem_init(&product,0,0); sem_init(&warehouse,0,8); int clone_flag,arg,retval; char *stack; clone_flag=CLONE_VM; int i; for(i=0;i2;i+) arg=i; stack=(char*)malloc(4096); retval=clone(void*)producer,&(stack4095),clone_flag, (void*)&arg); stack=(char*)malloc(4096); retval=clone(void*)consumer,&(stack4095),clone_flag, (void*)&arg); exit(1);int producer(void *args) int id=*(int*)args); int i; for(i=0;i10;i+) sleep(i+1); sem_wait(&warehouse); pthread_mutex_lock(&mutex); if(id=0) strcpy(bufferbp,aaa0); else strcpy(bufferbp,bbb0); bp+; printf(producer %d produce %s in %dn,id,bufferbp,bp-1); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&product); printf(producer %d is over!n,id); int consumer(void *args) int id=*(int*)args); int i; for(i=0;i10;i+) sleep(10-i); sem_wait(&product); pthread_mutex_lock(&mutex); bp-; printf(consumer %d get %s in %d n,id,bufferbp,bp+1); strcpy(bufferbp,zzz0); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&warehouse); printf(consumer %d is over!n,id); 2编译gcc clone.c -o cl lpthread3.执行4分析执行的结果实验五 进程高级通讯一、实验目的：用Pipe()创建一个管道，然后用fork()创建两个生产进程和两个消费进程，它们之间能过pipe()传递信息。二、实验知识预备1. pid=fork() 创建一个子进程，子进程是父进程的完整复制。 返回值对于父进程，是子进程的ID，对于子进程值为0。2Ret_val=pipe(fd) 创建一个管道文件，参数定义为int fd2 返回值为两个文件描述符，放置在fd中。 fd0用于管道文件的读fd1用于管道文件的写3子进程1： write(fd1,buf1,count1);子进程2： read(fd0,buf2,count2)三、实验内容1编辑程序 jc.c#include sys/types.h#include sys/file.h#include unistd.hchar r_buf4;char w_buf4;int pipe_fd2;pid_t pid1,pid2,pid3,pid4;int producer(int id);int consumer(int id);int main(int argc,char *argv) if (pipe(pipe_fd)0) printf(pipe create error.n); exit(-1); else printf(pipe is created successfully!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_fd0); close(pipe_fd1);int i,pid,status;for(i=0;i4;i+) pid=wait(&status);exit(0);int producer(int id)printf(producer %d is running!n,id); close(pipe_fd0); int i=0; for(i=1;i10;i+)sleep(3); if(id=1) strcpy(w_buf,aaa0); else strcpy(w_buf,bbb0); if(write(pipe_fd1,w_buf,4)=-1) printf(write to pipe errorn); close(pipe_fd1); printf(producer %d is over!n,id); exit(id); int consumer(int id)close(pipe_fd1);printf(consumer %d is running!n,id); if(id=1) strcpy(w_buf,ccc0); else strcpy(w_buf,ddd0);while(1) sleep(1); strcpy(r_buf,eee0); if(read(pipe_fd0,r_buf,4)=0) break; printf(consumer %d get %s,while the w_buf is %sn,id,r_buf,w_buf); close( pipe_fd0 ); printf(consumer %d is over!n,id); exit(id); #include #include #include #include #include int producer(void *args);int consumer(void *args);pthread_mutex_t mutex;sem_t product;sem_t warehouse;char buffer84;int bp=0;main(int argc,char *argv) pthread_mutex_init(&mutex,NULL); sem_init(&product,0,0); sem_init(&warehouse,0,8); int clone_flag,arg,retval; char *stack; clone_flag=CLONE_VM; int i; for(i=0;i2;i+) arg=i; stack=(char*)malloc(4096); retval=clone(void*)producer,&(stack4095),clone_flag, (void*)&arg); stack=(char*)malloc(4096); retval=clone(void*)consumer,&(stack4095),clone_flag, (void*)&arg); exit(1);int producer(void *args) int id=*(int*)args); int i; for(i=0;i10;i+) sleep(i+1); sem_wait(&warehouse); pthread_mutex_lock(&mutex); if(id=0) strcpy(bufferbp,aaa0); else strcpy(bufferbp,bbb0); bp+; printf(producer %d produce %s in %dn,id,bufferbp,bp-1); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&product); printf(producer %d is over!n,id); int consumer(void *args) int id=*(int*)args); int i; for(i=0;i”)，当主程序无任务可调度时执行，以空耗一个时间单