操作系统原理实验报告(最终版)

XX学校实验报告课程名称： 学 院： 专 业 班： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011 年 3 月目录实验1 进程管理3一、实验目的3二、实验内容3三、实验要求3四、程序说明和程序流程图4五、程序代码5六、程序运行结果及分析7七指导教师评议8实验2 进程通信9一、实验目的9二、实验内容9三、实验要求9四、程序说明和程序流程图9五、程序代码11七指导教师评议14实验3 存储管理15一、实验目的15二、实验内容15三、实验要求15四、程序说明和程序流程图16六、程序运行结果及分析23七指导教师评议23实验4 文件系统24一、实验目的24二、实验内容24三、实验要求24四、程序说明和程序流程图24五、程序代码26六、程序运行结果及分析26七指导教师评议27实验1 进程管理一、实验目的1. 弄清进程和程序的区别，加深对进程概念的理解。2. 了解并发进程的执行过程，进一步认识并发执行的实质。3. 掌握解决进程互斥使用资源的方法。二、实验内容1. 管道通信使用系统调用pipe( )建立一个管道，然后使用系统调用fork( )创建2个子进程p1和p2。这2个子进程分别向管道中写入字符串：“Child process p1 is sending message！”和“Child process p2 is sending message！”，而父进程则从管道中读出来自两个子进程的信息，并显示在屏幕上。2. 软中断通信使用系统调用fork( )创建2个子进程p1和p2，在父进程中使用系统调用signal( )捕捉来自键盘上的软中断信号SIGINT(即按Ctrl-C)，当捕捉到软中断信号SIGINT后，父进程使用系统调用kill( )分别向2个子进程发出软中断信号SIGUSR1和SIGUSR2，子进程捕捉到信号后分别输出信息“Child process p1 is killed by parent！”和“Child process p2 is killed by parent！”后终止。而父进程等待2个子进程终止后，输出信息“Parent process is killed！”后终止。三、实验要求1. 根据实验内容编写C程序。2. 上机调试程序。3. 记录并分析程序运行结果。四、程序说明和程序流程图实验1管道通信所涉及的流程图：实验2软中断信号所涉及的流程图：五、程序代码/*expe1_1.c*/#include void main( ) int i, r, p1, p2, fd2; char buf50, s50; pipe(fd); /* 父进程建立管道 */ while (p1=fork()=-1); /* 创建子进程P1，失败时循环 */ if (p1=0) /* 由子进程P1返回，执行子进程P1 */ lockf(fd1, 1, 0); /* 加锁锁定写入端 */ sprintf(buf, Child process P1 is sending messages! n); printf(Child process P1! n); write(fd1, buf, 50); /* 把buf中的50个字符写入管道 */ sleep(5); /* 睡眠5秒，让父进程读 */ lockf(fd1, 0, 0); /* 释放管道写入端 */ exit(0); /* 关闭P1*/ else /* 从父进程返回，执行父进程 */ while (p2=fork()=-1); /* 创建子进程P2，失败时循环 */ if (p2=0) /* 从子进程P2返回，执行子进程P2 */ lockf(fd1, 1, 0); /* 锁定写入端 */ sprintf(buf, Child process P2 is sending messages! n); printf(Child process P2! n); write(fd1, buf, 50); /* 把buf中的字符写入管道 */ sleep(5); /* 睡眠5秒，让父进程读 */ lockf(fd1, 0, 0); /* 释放管道写入端 */ exit(0); /* 关闭P2*/ wait(0);if (r=read(fd0, s, 50)= -1) printf(cannot read pipe! n); else printf(%s, s); wait(0);if (r=read(fd0, s, 50)= -1) printf(cannot read pipe! n); else printf(%s, s); exit(0); /*exp1-2.c*/#include#include#includeint p1,p2;void main() void ppdo();void p1do();void p2do();signal(SIGINT,ppdo);p1=fork();if(p1=0) signal(SIGUSR1,p1do);for(;); else p2=fork(); if(p2=0) signal(SIGUSR2,p2do); for(;); wait(0); wait(0); printf(nParent process is killed!n); exit(0);void ppdo() kill(p1,SIGUSR1); kill(p2,SIGUSR2);void p1do() printf(nChild process p1 is killed by parent!n); exit(0);void p2do() printf(nChild process p2 is killed by parent!n); exit(0);六、程序运行结果及分析实验1管道通信运行结果截图实验1管道通信结果分析父进程建立后，创建了子进程P1，P2，然后P1，P2分别向管道中写入字符串“Child process p1 is sending message!”和“Child process p2 is sending message!”，父进程从管道中读取字符串。实验2软中断通信运行结果截图实验2软中断通信结果分析先预设中断信号SIGINT，再先后创建子进程P1和P2，预设中断信号SIGUSR1，SIGUER2，当我们按下“Ctrl+C”时，父进程发出中断信号SIGUSR1和SIGUSR2，通知子进程P1和P2，子进程捕捉到信号后分别输出相应的信息后，终止，最后输出“Parent process is killed!”后终止。实验后思考： 通过这次实验，深刻地了解到了管道通信和软中断通信的详细过程，深化了老师课堂上的讲解，对整个过程的把握也更加清晰了。 很值得的一次学习经历，做完实验，再画流程图，程序运行的细节熟悉于心，了如指掌。七指导教师评议 成绩等级 实验2 进程通信一、实验目的1. 了解进程间通信IPC的三种方式：消息队列、共享内存和信号量。2. 掌握使用消息队列进行进程间通信的有关系统调用和编程方法。3. 掌握使用共享内存进行进程间通信的有关系统调用和编程方法。二、实验内容1. 消息队列使用系统调用msgget( )、msgsnd( )、msgrcv( )和msgctl( )，用消息队列机制实现客户进程和服务器进程间的通信。客户进程首先建立一个描述符为msgqid的消息队列，接着向服务器进程发送一个消息正文为自己的进程标识pid且类型为1的消息，然后接收来自服务器进程的消息，并在屏幕上显示：“Client receives a message from xxxx！”，其中“xxxx”为服务器进程的进程标识。服务器进程首先捕捉软中断信号(除不能捕捉的SIGKILL)，若捕捉到时则调用函数cleanup( )删除消息队列，终止服务器进程。否则重复下列操作：接收所有类型为1的消息，并在屏幕上显示：“Server receives a message from xxxx！”，其中“xxxx”为客户进程的进程标识；然后服务器进程将客户进程的进程标识作为返回消息的类型，而将自己的进程标识作为消息正文发送给客户进程。2. 共享内存使用系统调用shmget( )、shmat( )和shmctl( )，用共享内存机制实现进程间的通信。其中一个进程向共享内存中写入数据，另一个进程从共享内存中读出数据并显示在屏幕上。三、实验要求1. 根据实验内容编写C程序。2. 上机调试程序。3. 记录并分析程序运行结果。四、程序说明和程序流程图实验1消息队列流程图五、程序代码实验1消息队列/* msg_client.c */#include #include #include #define MSGKEY 75struct msgform long mtype; char mtext256;main() struct msgform msg; int msgqid,pid,*pint; /* 文件主 同组用户 其他用户 rwxrwxrwx */ msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /* rw-rw-rw- */ pid=getpid(); pint=(int*)msg.mtext; *pint=pid; msg.mtype=1; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); msgrcv(msgqid,&msg,256,pid,0); printf(client: receive from pid %dn,*pint);/* msg_server.c */#include #include #include #define MSGKEY 75struct msgform long mtype; char mtext256;msg;int msgqid;main() int i,pid,*pint; extern cleanup(); for (i=0;i20;i+) signal(i,cleanup); msgqid=msgget(MSGKEY, 0777|IPC_CREAT); for (;) msgrcv(msgqid,&msg, 256,1,0); pint=(int*)msg.mtext; pid=*pint; printf(server: receive from pid %dn,pid); msg.mtype=pid; *pint=getpid(); msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);cleanup() msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); exit(0);实验2共享内存#include#include#include#define SHMKEY 75#define K 1024int shmid;main() int i, * pint; char * addr;extern char * shmat(); shmid = shmget(SHMKEY, 8 * K, 0777); addr = shmat (shmid,0,0); pint = (int *)addr; while ( * pint=0 ) for (i=0; i256; *pint+) printf(%dn, *pint+);#include#include#include#define SHMKEY 75#define K 1024int shmid;main() int i, * pint; char * addr; extern char * shmat(); extern cleanup(); for(i=0; i20; i+) sinal (i, cleanup); shmid = shmget (SHMKEY, 16 * K, 0777|IPC_CREAT); addr = shmat (shmid,0,0); printf(addr 0x%x n, addr); pint = (int *)addr; for(i=0; i256; i+) *pint+ =i; pint = (int *)addr; *pint = 256; pause();cleanup() shmctl (shmid, IPC_RMID, 0); exit(0);六、程序运行结果及分析实验1消息队列运行结果截图客户端：服务器端：实验1消息队列结果分析服务端程序监听软中断，建立消息队列，循环在队列中接收类型为1的消息，每接收一个消息向队列中增加一个类型为客户进程ID的消息。当发生软中断时，删除消息队列。客户端进程创建和服务端相同的消息队列，并向消息队列中发送类型为1的消息，然后接收类型为客户进程ID的消息。实验后思考： 对消息队列的运行情况有所了解，但关于内存共享部分尚需仔细研究。七指导教师评议 成绩等级 实验3 存储管理一、实验目的1. 了解虚拟存储管理技术的原理与特点。2. 掌握请求页式存储管理的页面置换算法。二、实验内容1. 通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成：(1) 50%的指令是顺序执行的；(2) 25%的指令均匀分布在前地址部分；(3) 25%的指令均匀分布在后地址部分。实现方法：(1) 在0，319的指令地址中随机选取一起点s；(2) 执行指令s；(3) 顺序执行一条指令，即执行地址为s+1的指令；(4) 在前地址0，s中随机选取一条地址为m的指令执行；(5) 顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；(6) 在后地址m+2，319中随机选取一条指令s；(7) 重复(2)(6)，直到执行320次指令。2. 将指令序列变换为页地址流，设：(1) 页面大小为1K；(2) 用户内存容量为432页面(page frame)；(3) 用户虚存容量为32K(即32页)。若10条指令为1页，则320条指令在虚存中的存放方式为：第0页(虚存地址0，9)第0条第9条指令；第1页(虚存地址10，19)第10条第19条指令； 第31页(虚存地址310，319)第310条第319条指令。3. 计算并输出下列算法在不同内存容量下的命中率(命中率=1-缺页率)。(1) FIFOFirst In First Out Page Replacement Algorithm(2) LRULeast Recently Used Page Replacement Algorithm三、实验要求1. 根据实验内容编写C程序。2. 上机调试程序。3. 记录并分析程序运行结果。四、程序说明和程序流程图程序说明为：1. 通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成：(1) 50%的指令是顺序执行的；(2) 25%的指令均匀分布在前地址部分；(3) 25%的指令均匀分布在后地址部分。实现方法：(1) 在0，319的指令地址中随机选取一起点s；(2) 执行指令s；(3) 顺序执行一条指令，即执行地址为s+1的指令；(4) 在前地址0，s中随机选取一条地址为m的指令执行；(5) 顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；(6) 在后地址m+2，319中随机选取一条指令s；(7) 重复(2)(6)，直到执行320次指令。2. 将指令序列变换为页地址流，设：(1) 页面大小为1K；(2) 用户内存容量为432页面(page frame)；(3) 用户虚存容量为32K(即32页)。若10条指令为1页，则320条指令在虚存中的存放方式为：第0页(虚存地址0，9)第0条第9条指令；第1页(虚存地址10，19)第10条第19条指令； 第31页(虚存地址310，319)第310条第319条指令。3. 计算并输出下列算法在不同内存容量下的命中率(命中率=1-缺页率)。(1) FIFOFirst In First Out Page Replacement Algorithm(2) LRULeast Recently Used Page Replacement Algorithm流程图：五、程序代码#include #include / #include /* Windows环境，getpid()原型在process.h中 */#define TRUE 1#define FALSE 0#define INVALID -1#define NULL 0#define total_instruction 320/* 指令条数 */#define total_vp 32/* 虚页数 */#define clear_period 50/* NRU清0周期 */typedef struct /* 页表结构 */ int pn,pfn,counter,time;/* counter(LFU)，time(LRU) */ pl_type;pl_type pltotal_vp;/*页表 */struct pfc_struct /* 存储页面表 */ int pn,pfn; struct pfc_struct *next;typedef struct pfc_struct pfc_type;pfc_type pfctotal_vp,*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;int diseffect,atotal_instruction;/* 缺页次数，指令流 */int pagetotal_instruction,offsettotal_instruction;void initialize(int);void fifo(int);void lru(int);void opt(int); void lfu(int); void nur(int);void main() int s,i,j; srand(getpid()*10);/* 进程标识作为随机数种子 */ s=(float)319*rand()/;/* 0319 */ / s=(float)319*rand()/32767;/* 0319 */ for (i=0; itotal_instruction; i+=4) ai=s; /* s=0319 */ ai+1=ai+1; /* s+1 */ ai+2=(float)ai*rand()/;/*m=0s*/ / ai+2=(float)ai*rand()/32767;/*m=0s*/ ai+3=ai+2+1; /* m+1*/ s=(float)rand()*(317-ai+2)/+ai+2+2;/* m+2319 */ / s=(float)rand()*(317-ai+2)/32767+ai+2+2;/* m+2319 */ for (i=0;itotal_instruction;i+) pagei=ai/10; offseti=ai%10; for (i=4;i=32;i+)/* 用户内存工作区4-32个页面 */ printf(%2d page frames,i); fifo(i); lru(i); opt(i); lfu(i); nur(i); printf(n); void initialize(int total_pf) int i; diseffect=0; for (i=0;itotal_vp;i+) pli.pn=i;pli.pfn=INVALID; pli.counter=0;pli.time=-1; for (i=1;itotal_pf;i+) pfci-1.next=&pfci;pfci-1.pfn=i-1; pfctotal_pf-1.next=NULL; pfctotal_pf-1.pfn=total_pf-1; freepf_head=&pfc0; void fifo(int total_pf) int i,j; pfc_type *p; initialize(total_pf); busypf_head=busypf_tail=NULL;/* 置忙页面队列为空 */ for (i=0;inext; plbusypf_head-pn.pfn=INVALID; freepf_head=busypf_head; /* 释放忙队列中的第1个页面(淘汰1页)，即出队 */ freepf_head-next=NULL; busypf_head=p;/* 插入到空闲页面链表 */ p=freepf_head-next; freepf_head-next=NULL; freepf_head-pn=pagei; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; if (busypf_tail=NULL)/* 忙队列为空时，入队 */ busypf_head=busypf_tail=freepf_head; else/* 忙队列为非空时，入队 */ busypf_tail-next=freepf_head; busypf_tail=freepf_head; freepf_head=p; printf( FIFO: %6.4f,1-(float)diseffect/320);void lru(int total_pf) int min,minj,i,j,present_time; initialize(total_pf);present_time=0; for (i=0;itotal_instruction;i+) if (plpagei.pfn=INVALID) diseffect+; if (freepf_head=NULL) min=32767; for (j=0;jplj.time&plj.pfn!=INVALID) min=plj.time;minj=j; freepf_head=&pfcplminj.pfn;/* 插入空闲链表 */ plminj.pfn=INVALID; plminj.time=-1; freepf_head-next=NULL; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; plpagei.time=present_time; freepf_head=freepf_head-next; else plpagei.time=present_time; present_time+; printf( LRU: %6.4f,1-(float)diseffect/320); void opt(int total_pf) int i,j,max,maxpage,d,disttotal_vp; initialize(total_pf); for (i=0;itotal_instruction;i+) if (plpagei.pfn=INVALID) diseffect+; if (freepf_head=NULL) for (j=0;jtotal_vp;j+) if (plj.pfn!=INVALID) distj=32767; else distj=0;/* 页在内存中距离非0，不在内存距离为0 */ d=1;/* 计算内存中页面与当前访问页面的距离 */ for (j=i+1;jtotal_instruction;j+) if (plpagej.pfn!=INVALID) distpagej=d; d+; max=-1;/* 淘汰距离最远的页 */ for (j=0;jtotal_vp;j+) if (maxnext=NULL; plmaxpage.pfn=INVALID; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; freepf_head=freepf_head-next; printf( OPT: %6.4f,1-(float)diseffect/320);void lfu(int total_pf) int i,j,min,minpage; initialize(total_pf); for (i=0;itotal_instruction;i+) if (plpagei.pfn=INVALID) diseffect+; if (freepf_head=NULL) min=32767; for (j=0;jplj.counter & plj.pfn!=INVALID) min=plj.counter;minpage=j; plj.counter=0; freepf_head=&pfcplminpage.pfn; plminpage.pfn=INVALID; freepf_head-next=NULL; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; freepf_head=freepf_head-next; else plpagei.counter+; printf( LFU: %6.4f,1-(float)diseffect/320);void nur(int total_pf) int i,j,dp,cont_flag,old_dp; initialize(total_pf); dp=0; for (i=0;itotal_instruction;i+) if (plpagei.pfn=INVALID) diseffect+; if (freepf_head=NULL) cont_flag=TRUE;old_dp=dp; while (cont_flag) if (pldp.counter=0&pldp.pfn!=INVALID) cont_flag=FALSE; else dp+; if (dp=total_vp) dp=0; if (dp=old_dp) for (j=0;jnext=NULL; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; freepf_head=freepf_head-next; else plpagei.counter=1; if (i%clear_period=0) for (j=0;jtotal_vp;j+) plj.counter=0; printf( NUR: %6.4f,1-(float)diseffect/320);六、程序运行结果及分析实验运行结果截图：实验结果分析：先随机产生320条指令，然后转化为页地址流，分别执行FIF