操作系统：编程模拟多进程共享临界资源linux,c语言

1、一、课程设计目的本课程设计是学生学习完计算机操作系统课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。二、课程设计要求从课程设计的目的出发，通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求：每位同学从所给题目中任选一个（如自拟题目，需经教师同意），且必须独立完成课程设计，不能相互抄袭。设计完成后，将所完成的作品交由老师检查。要求写出一份详细的设计报告。三、课程设计题目编程模拟多进程共享临界资源四、课程设计功能和目标1、要求产生至少3个进程：2、两个进程模拟需要进入临界区的用户进程，当需要进入临界区时，显

2、示：“进程x请求进入临界区”，同时向管理进程提出申请；在临界区中等待一段随机时间，并显示：“进程x正在临界区”；当时间结束，显示：“进程x退出临界区”,同时向管理进程提出退出申请。3、一个进程作为原语级管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：如果允许进入，则设置相应变量，然后返回；如果不允许进入，则进入循环等待，直到允许为止；4、对临界区的访问应遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。5、进程间通信可以采用信号、消息传递、管道或网络通信方式。五、课程设计实现原理 通过编写，创建两个进程模拟需要进入临界区，另外编写一个进程作为原语的管理进程，其负责两个进程的进入！接着设置一个临界区，让

3、其进程在其中访问遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。当进程和临界区建立好后，临界区的数据传输，受到了系统硬件的支持，不耗费多余的资源；而进程间通信传递，由软件进行控制和实现，需要消耗一定的CPU资源。从这个意义上讲，临界区更适合频繁和大量的数据传输。进程信息的传递，自身就带有同步的控制。当等到信息的时候，进程进入睡眠状态，不再消耗CPU资源。而共享队列如果不借助其他机制进行同步，接收数据的一方必须进行不断的查询，白白浪费了大量的CPU资源。六、课程设计思想、方法和技术（含数据结构、算法、流程图）6.1、 设计思想和设计函数功能：6.1.1 、总体构思：软件主要是由两部分组成：用户

4、进程和管理进程; 管理进程：控制设置相应的临界区，实现对临界区的访问应遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。用户进程：循环的随机申请进入临界区，进入临界区执行一段时间，再申请结束。6.1.2 、具体功能：用户进程随机的进入cpu执行，先向在信息队列中写入自己的信息（已经约定好的信息类型）然后给管理进程发送信号（告知管理进程申请进入临界区并已在消息队列中写入自己的信息）。然后循环的读取管理进程给用户进程发回的回馈信息（针对当前临界区的状态）允许进入、临界区忙等待。如果允许进入则在临界区执行一段时间以后，申请退出，给管理进程发退出的信号，管理进程再给用户进程发送回馈信息。取会指导回馈信

5、息以后则这次过程结束，进入新的过程。 管理进程接收申请进入的信号，在消息队列中取下申请进入队列的用户进程的信息，针对当前临界区状态，写一个回馈信息放入消息队列。6.2、包含的数据结构6.1.1 、临界区：Struct crform Int sem; /临界区的信号量值sem Int head; /临界区等待队列的头，指向的是最先到的进程Int tail; /临界区等待队列的尾，指向的是进入等待队列的进程 Int duilie20; /存放的是等待的进程的信息，以便唤醒cr; Cr.sem=1; /初始临界区信号量必须为一，因为只允许一个进程进入临界区Cr.head=0; /初始时指向等待队列的

6、第一个单元Cr.tail=0;6.1.2 、消息队列：Struct msgform Long msgtype; /消息的类型，在取消息队列时用于区分哪些是该取的信息 Int mtext; /信息的内容，在这里是申请退出进程的信息 ;6.3、主要用到的技术6.3.1进程创建和控制：系统调用：fork（）包含头文件<unistd.h> 关键的语句： int x,y; while(x=fork()=-1);/创建子进程1 if(x=0) /子进程1执行程序段 else while(y=fork()=-1); if(y=0) /子进程2执行程序段 else /父进程执行程序段 6.3.2软

7、中断：系统调用kill（）和signal（）包含头文件：<sys/types.h>和<signal.h> Kill(pid,signalname) 发送信号给pid号为pid的进程，中断类型为signalname6.3.3消息队列：系统调用msgget()、msgsnd()、msgrev()、msgctl()包含头文件：<sys/msg.h>6.4、设计流程图图1 用户进程流程图图2 管理进程图3 申请进入临界区处理子进程图4 申请退出处理子程序七、运行环境Linux操作系统C+编译器八、开发工具和编程语言开发工具：C+编译器编程语言：C语言九、详细设计子函

8、数一：void into()/申请进入临界区 msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); sem-;一旦申请进入临界区，减一 msgrcv(msgqid,&msg,4,1,0); /接收消息-申请进入进程发送的类型为1 msg.msgtype=msg.mtext; /并把接收到的消息内容作为回馈消息的消息类型 if(sem>=0) /判断此时进程的状态，sem>=0 可以获得临界区 if(msg.mtext=3) printf(" p1 IN areann"); else printf(" p2 IN arean

9、n"); msg.mtext=1; /现在允许进入，发送内容为1的消息给申请进程 msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); else if(msg.mtext=3) printf(" p1 IN waitingnn"); else printf(" p2 IN waitingnn"); cr.duilietail=msg.mtext; tail+; msg.mtext=-1; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); /若临界区忙，发送进入等待队列的消息给申请进入的进程 子

10、函数二： void out() msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); msgrcv(msgqid,&msg,4,2,0); /从消息队列上取下申请退出的消息 sem+; if(tail!=head) /查看等待队列中是否有等待进入临界区的队列 /有则唤醒等待队列中等待的进程，并允许申请退出的进程退出 if(msg.mtext=3) printf(" p1 OUT areann"); else printf(" p2 OUT areann"); msg.msgtype=msg.mtext; msg.mtext=

11、0; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); pid2=cr.duilietail; tail+; msg.mtext=1; msg.msgtype=pid2; if(pid2=3) printf(" p1 IN areann"); else printf(" p2 IN areann"); msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); msg.mtext=1; else/如果等待队列上没有等待进入临界区的进程，直接向申请退出的进程发送消息，允许退出 if(msg.mtext=3) p

12、rintf(" p1 OUT areann"); else printf(" p2 OUT areann"); msg.msgtype=msg.mtext; msg.mtext=0; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); int main() int sem=1; int head=0; int tail=0; int msgqid1; msgqid1=msgget(MSGKEY,0777); msgctl(msgqid1,IPC_RMID,NULL); int m1,m2; int q,t; int pid; q

13、=MAXTIMES; t=MAXTIMES; int count1,count2; struct msgform msg; int msgqid; pid=getpid(); signal(10,into); /建立连接，收到软中断后转向INTO子处理程序signal(12,out); / 建立连接，收到软中断后转向OUT子处理程序 msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /获取消息队列的队列号 while(p1=fork()=-1); if(p1=0) count1=10; while(count1>0) q=MAXTIMES; /设置有限等待次数

14、msg.mtext=3; msg.msgtype=1; /申请进入临界区的消息类型都为1 printf(" p1 Qing IN areann"); msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); /发送申请进入的消息 kill(pid,10); /发送申请进入的信号 while(q>0) msgrcv(msgqid,&msg,sizeof(int),3,0); /接收管理进程发送的回馈信息 m1=msg.mtext; if(m1=1) /判断回馈信息，有三种情况：允许进入，忙进入等待队列、允许退出 msg.msgtype=2;

15、msg.mtext=3; printf(" p1 Qing OUT areann"); msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); kill(pid,12); continue; else if(m1=-1) q-; else if(m1=0) break; sleep(8); count1-; else while(p2=fork()=-1); if(p2=0) count2=10; while(count2>0) t=MAXTIMES; msg.mtext=4; msg.msgtype=1; printf(" p2 Qi

16、ng IN areann"); msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); kill(pid,10); while(t>0) msgrcv(msgqid,&msg,4,4,0); m2=msg.mtext; if(m2=1) msg.msgtype=2; msg.mtext=4; printf(" p2 Qing OUT areann"); msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); kill(pid,12); continue; else if(m2=0) break; sleep

17、(8); count2-; else while(1) sleep(8); 十 调试分析在作这个课题过程中遇到了主要的这样几个问题：u 消息队列不能正常使用错误原因1： 消息队列没有建立成功解决办法： 在用消息队列之初先删除这个队列，然后再建立使用错误原因2： 取到的结果总出现错误，没有统一的消息类型解决办法： 定制统一的消息类型规则，依照规则使用消息类型错误原因3： 进程需要的消息已经被取走，使得进程停留在取消息这一步不向下执行解决办法： 是程序逻辑上的问题，仔细查看程序流程并操控好使得可以处于正常逻辑u 申请到临界区退出临界区显示滞后（如有时会显示“进程一 获得临界区”然后“进程二 退出临

18、界区”）错误原因: 在管理进程中已经将临界区状态修改为空闲，却没有显示哪个进程退出临界区，这个退出的信息必须等到子进程上cpu时才会显示出来，而这中间有别的进程上cpu执行申请的操作，就会获得临界区，就会显示“进程获得临界区”，在此后退出临界区的进程才上cpu显示“退出临界区”。解决办法： 将显示放到管理进程中，一旦有进程获得临界区或者退出临界区就做出显示。7 测试结果测试截图：图1 主程序运行界面图2 主程序运行界面 图3 主程序运行界面参考文献1 任满杰等操作系统原理实用教程 电子工业出版社 2006任满杰/dp/B0011BURI2/475-6225805-5830756?ie=UTF8

19、&*Version*=1&*entries*=02 张尧学 宋红 张高编著计算机操作系统教程实验指导 清华大学出版社 第四版5 赛奎春、张雨 编著，Visual C+ 工程应用与项目实践，海洋出版社，2005.1心得体会这次操作系统课设给了我很大的启发和提高。一直以来自己我的编程基础不太好，常出现逻辑混乱，不注重细节问题，在这门课中我有了更深的理解；科学是不允许错误的，需要认真严谨的态度。也正是因为如此我才有了进步。理论联系实际，总会有更深刻的收获，通过这样的实际思考，动手修改操作，对理论有了深层次的理解，更加证实了理论，打消了心中不切实际的一些想法。慢慢的会形成自己的一个实际

20、经验，为日后的工作学习打下心里和知识上的基础。小学期的课程真是紧张而又充实，确实是收获很多，心中也增加了几分自信，对未来的工作有更大的信息。程序源代码（工程）#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/msg.h>#include<signal.h>#define MAXTIMES 5#define MSGKEY 56int p,p1,p2,pi

21、d1,pid2,pid3,pid4;int msgqid,*pint1,*pint2,*pint3,*pint4;struct crform int sem; int head; int tail; int duilie10;cr;int sem=1;int head=0;int tail=0;struct msgform long msgtype; int mtext;msg;void into() msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); sem-; msgrcv(msgqid,&msg,4,1,0); msg.msgtype=msg.mtext;

22、 if(sem>=0) if(msg.mtext=3) printf(" p1 IN areann"); else printf(" p2 IN areann"); msg.mtext=1; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); else if(msg.mtext=3) printf(" p1 IN waitingnn"); else printf(" p2 IN waitingnn"); cr.duilietail=msg.mtext; tail+; msg.mtex

23、t=-1; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); void out() msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); msgrcv(msgqid,&msg,4,2,0); sem+; if(tail!=head) if(msg.mtext=3) printf(" p1 OUT areann"); else printf(" p2 OUT areann"); msg.msgtype=msg.mtext; msg.mtext=0; msgsnd(msgqid,&msg,si

24、zeof(int),0); pid2=cr.duilietail; tail+; msg.mtext=1; msg.msgtype=pid2; if(pid2=3) printf(" p1 IN areann"); else printf(" p2 IN areann"); msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); msg.mtext=1; else if(msg.mtext=3) printf(" p1 OUT areann"); else printf(" p2 OUT areann&

25、quot;); msg.msgtype=msg.mtext; msg.mtext=0; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0); int main() int sem=1; int head=0; int tail=0; int msgqid1; msgqid1=msgget(MSGKEY,0777); msgctl(msgqid1,IPC_RMID,NULL); int m1,m2; int q,t; int pid; q=MAXTIMES; t=MAXTIMES; int count1,count2; struct msgform msg; int msgqid; pid=getpid(); signal(10,into); signal(12,out); msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); while(p1=fork()=-1); if(p1=0) count1=10; while(count1>0) q=MAXTIMES; m