计算机操作系统实验指导书4.pdf

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1、刖s计算机技术的飞速发展正在引发新一轮世界性技术革命。在经济发展越来越全球化、科技创新越来越国际化、知识经济已初见端倪的今天，任何一门技术或任何一个领域离开了计算机恐怕都是不可想象的。然而计算机技术发展之迅速、计算机及其相关IT 产品市场竞争之激烈、计算机产业让人致富之迅猛也同样是人们始料不及的。在新世纪，任何想在技术领域有一番作为的人，恐怕都不得不面对计算机技术的挑战。学习计算机软件技术，特别是计算机操作系统技术，除了需要刻苦努力外，还需要掌握软件和操作系统的原理与设计技巧。这些原理与技巧可以说是计算机前辈们一代接代不停努力的结晶，学习和掌握它们对于激发自己的创造力和想象力是很有帮助的。如何

2、学习和掌握操作系统技术的原理与实际技巧呢？除了听课和读书之外，最好的办法恐怕就是在实践。例如，自己设计一个小型操作系统，多使用操作系统，多阅读和分析操作源代码等。当前非常流行的Linux操作系统的原始版就是一位大学生的练习之作。除了上述练习方法之外，习题和实验是很重要的实践环节。本书是一本配合 操作系统课程的实验指导书，共收集了供广大同学实践的七个实验（其中最后一个可以用作课程设计），包括处理器调度、虚拟存储器、进程同步、驱动调度、进程通信以及UNIX实践。除了给出题目外，还附带了大量的有效提示，在不降低实验难度的基础上，给读者最大的启发性提示。当然，这些提示只是一种参考，里面完全可能存在错误

3、和不妥之处，有待于各路高手的指教，读者可以不局限于这些提示。本书的编写得到了本学院科学系詹永照老师的大力帮助和支持，他对本书内容的安排组织上提供了宝贵意见，综合他多年的教学经验给我们作了醍醐灌顶，发聋振瞧的指导。在此,编者对他表示衷心的感谢！衷心希望本书能对学习计算机操作系统和计算机软件的人有所帮助。编 者2004年 4 月于镇江1实验要求4实验一处理器调度5一、实验内容 5二、实验目的 5三、实验题目 5四、实验报告 8实验二虚拟存储器9一、实验内容 9二、实验目的 9三、实验题目 9四、实验报告 15实 验 三 驱 动 调 度16一、实验内容16二、实验目的16三、实验题目16四、实验报告

4、20实验四同步机构 21一、实验内容21二、实验目的21三、实验题目21四、实验报告27实 验 五 UNIX系统28一、实验内容28二、实验目的28三、实验题目28四、实验报告31实验六进程间通信32一、实验内容二、实验目的三、实验题目四、实验报告32323237课程设计38-课程设计的内容 38二、课程设计的要求 38三、课程设计的目的 38四、课程设计具体内容 39第一部分 认识LINUX 39第 二 部 分 LINUX安装40第 三 部 分 进 入 LINUX 41第四部分深入了解LINUX42第 五 部 分 LIN U X代码分析48第 六 部 分 检 查 方 法 65附录1 UNIX

5、辅导 66第一章UNIX常用操作 661.1 启动终端661.2 登 录 661.3 UNIX 命令 671.4 注 销（退出UNIX系统）70第 二 章 UNIX文件系统 722.1 UNIX文件系统分类 722.2 UNIX文件类型 722.3 UNIX树型目录结构 732.4 UNIX文件名称 732.5 UNIX文件存取权限 742.6 UNIX重定向与管道 752.7 UNIX文件系统常用命令 76第 三 章 UNIX文件系统常用工具和实用程序 783.1 VI编辑器的最基本用法783.2 利用FIND命令查找文件 793.3 GREP命令基本用法793.4 利用CMP命令比较文件8

6、03.5 文件的备份和恢复实用程序803.6 文件压缩和解压程序 82附录2 如何阅读源程序逻辑 83实验要求1,每位同学准备实验本，上机前作好充分的准备工作，预习本次实验的内容,事先熟悉与实验有关的软硬件环境。2,实验时遵守实验室的规章制度，爱护实验设备，不得私自将使用的计算机加密码，影响其他同学的上机。原则上每人固定实验设备，由始而终地进行实验，对于实验设备出现的问题，要及时向指导老师汇报。3,统一以以下格式命名本人的实验文件：班级 学号 实验题号M扩展名例：计021班学号为03的学生第四个实验的文件名为：j02103_4.c4,最终的实验报告按照要求书写（或打印），按时上交，仔细记录实验

7、中的数据、源程序、实验结果，对于实验过程中出现的问题或疑惑要一并书写，并作为重点加以思考。实验一处理器调度一、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、实验题目本实验有两个题目，学生可选择其中的一题。第一题：设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的进程。提示:（1）假定系统有五个进程，每 个进程用一个进程控制块P C B 来代表。进程控制块的格式为：进程名指针要求求

8、运行时而优先数 一其中，进程名-作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别是P”P 2,P.V P 4,P 5。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”。要求运行时间一 假设进程需要运行的单位时间数。优先数-一赋予进程的优先数，调度时总是选取优先数大的进程先执行。状态一一可假设有两种状态，“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

9、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k2k 卜2k 3k5P.P2P 3P4P 50k4k5k 3ki2312415342RRRRRPCB1PCB2PCB3PCB4PCB5（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：优先数一1要求运行时间一1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行时，必须恢复进程的现场，它占有处理器运行，直到出现等待事件或运行结束。在这里省去

10、了这些工作。（5）进程运行一次后，若要求运行时间W 0,则再将它加入队列（按优先数大小插入，且置队首标志）；若要求运行时间=0,则把它的状态修改为“结束”（），且退出队列。（6）若“就绪”状态的进程队列不为空，则重复上面（4）和（5）的步骤，直到所有进程都成为“结束”状态。（7）在所设计的称序中应有显示或打印语句，能显示或打印每次被选中进程的进程名以及运行次后进称对列的变化。（8）为五个进程任意确定一组“优先数”和“要求运行时间”，启动所设计的处理器调度程序，显示或打印逐次被选中进程的进程名以及进程控制块的动态变化过程。第二题：设计一个按时间片轮转法实现处理器调度的程序。提示（1）假定系统有五

11、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：进程名时间 一要求求运行时而优先数状态其中，进程名-一作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别是Q i，Q2,Q 3,Q4.QS。指针一进程按顺序排成循环队列，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指出第个进程的进程控制块首地址。要求运行时间-假设进程需要运行的单位时间数。已运行时间-一假设进程已经运行的单位时间数，初始值为“0”。状态一有两种状态，“就绪”状态和“结 束”状态，初始状态都为“就 绪“，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）每次运行你所设计的处理器

12、调度程序之前，为每个进程任意确定它的“要求运行时问”。（3）把五个进程按顺序排成循环队列，用指针指出队列连接情况。另用一标志单元记录轮到运行的进程。例如，当前轮到Q 2执行，则有：标志单元k2k3k5PiP2P3P4P50k4k5k3ki2312415342RRRRRPCB1PCB2PCB3PCB4 PCB5（4）处理器调度总是选择标志单元指示的进程运行。由于本实验是模拟处理器调度的功能，所以，对被选中的进程并不实际启动运行，而是执行：已运行时间一1来模拟进程的一次运行，表示进程已经运行过一个单位的时间。请同学们注意：在实际的系统中，当一个进程被选中运行时，必须置上该进程可以运行的时间片值，以

13、及恢复进程的现场，让它占有处理器运行，直到出现等待事件或运行满一个时间片。在这里省去了这些工作，仅 用“已运行时间+1”来表示进程已经运行满一个时间片。（5）进程运行一次后，应把该进程的进程控制块中的指针值送到标志单元，以指示下一个轮到运行的进程。同时，应判断该进程的要求运行时间与已运行时间，若该进程要求运行时间W 已运行时间，则表示它尚未执行结束，应待到下一轮时再运行。若该进程的要求运行时间=已运行时间，则表示它已经执行结束，应把它的状态修改为“结束”（E）且退出队列。此时，应把该进程的进程控制块中的指针值送到前面一个进程的指针位置。（6）若“就绪”状态的进程队列不为空，则重复上面（4）和（

14、5）的步骤，直到所有进程都成为“结束”状态。（7）在所设计的称序中应有显示或打印语句，能显示或打印每次被选中进程的进程名以及运行一次后进称对列的变化。（8）为五个进程任意确定一组“要求运行时间”，启动所设计的处理器调度程序，显示或打印逐次被选中进程的进程名以及进程控制块的动态变化过程。四、实验报告(1)实验题目。(2)程序中使用的数据结构及符号说明。(3)流程图。(4)打印一份源程序并附上注释。(5)打印程序运行时的初值和运行结果，要求如下：i进程控制块的初始状态 i i.选中运行的进程名以及选中进程运行后的各进程控制块状态。对于i i 要求每选中一个进程运行后都要打印。实验二虚拟存储器一、实

15、验内容模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，以及选择页面调度算法处理缺页中断。二、实验目的在计算机系统中，为了提高主存利用率，往往把辅助存储器(如磁盘)作为主存储器的扩充，使多道运行的作业的全部逻辑地址空间总和可以超出主存的绝对地址空间。用这种办法扩充的主存储器称为虚拟存储器。通过本实验帮助同学理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器。三、实验题目本实验有三道题目，其中第一题必做，第二，三题中可任选一个。第一题：模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。提示(1)分页式虚拟存储系统是把作业信息的副本存放在磁盘上，当作业被选中时，可把作业的开始几页先装入主存且启动执行。为此，

16、在为作业建立页表时，应说明哪些页已在主存，哪些页尚未装入主存，页表的格式为：页号志主存块号在磁盘上的位置其中，标志一用来表示对应页是否已经装入主存，标志位=1,则表示该页已经在主存，标志位=0,则表示该页尚未装入主存。主存块号-用来表示已经装入主存的页所占的块号。在磁盘上的位置-用来指出作业副本的每一页被存放在磁盘上的位置。(2)作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作存放的页号和单元号，硬件的地址转换机构按页号查页表，若该页对应标志为“1”，则表示该页已在主存，这时根据关系式：绝对地址=块号X块长+单元号计算出欲访问的主存单元地址。如果块长为2的事次，则可把块号作为高地址部分,把单元

17、号作为低地址部分，两者拼接而成绝对地址。若访问的页对应标志为“0”，则表示该页不在主存，这时硬件发“缺页中断”信号，有操作系统按该页在磁盘上的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新执行这条指令。(3)设 计 一 个“地址转换”程序来模拟硬件的地址转换工作。当访问的页在主存时，则形成绝对地址，但不去模拟指令的执行，而用输出转换后的地址来代替一条指令的执行。当访问的页不在主存时，则 输 出“*该模拟程序的算法如图2-1。该页页号”，表示产生了一次缺页中断。图2-1地址转换模拟算法(4)假定主存的每块长度为12 8个字节；现有一个共七页的作业，其中第0页至第3页已经装入主存，其余三页尚未装入主存

18、；该作业的页表为：0150 111180 122190 133110 2 1400 2 2500 2 36012 1如果作业依次执行的指令序列为:操作页号单元号操作页号单元号+07 0移位40 5 34-15 0+50 2 3X215存10 3 7存32 1以20 7 8取05 6+40 0 164 0存60 8 4(5)运行设计的地址转换程序，显示或打印运行结果。因仅模拟地址转换，并不模拟指令的执行，故可不考虑上一述指令序列中的操作。第二题：用先进先出(F I F O)页面调度算法处理缺页中断。提示:(1)在分页式虚拟存储系统中，当硬件发出“缺页中断”后，引出操作系统来处理这个中断事件。如果

19、主存中已经没有空闲块，则可用F I F O页面调度算法把该作业中最先进入主存的一页调出，存放到磁盘上，然后再把当前要访问的页装入该块。调出和装入后都要修改页表页表中对应页的标志。(2)F I F O页面调度算法总是淘汰该作业中最先进入主存的那一页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。假定作业被选中时，把开始的m个页面装入主存，则数组的元素可定为m个。例如：P 0 ,P l .P m-1其中每一个P i (i=0,1,.m-1)表示一个在主存中的页面号。它们的初值为：P:=0,P l :=l.P l m-I J:=m-l用一指针k指示当要装入新页时，应淘汰的页在数组中的位置，k的初值为

20、“0”。当产生缺页中断后，操作系统选择P k所指出的页面调出，然后执行：P k:=要装入页的页号k:=(k+1)m o d m再由装入程序把要访问的一页信息装入到主存中。重新启动刚才那条指令执行。(3)编制一个F I F O页面调度程序，为了提高系统效率，如果应淘汰的页在执行中没有修改过，则可不必把该页调出(因在磁盘上已有副本)而直接装入个新页将其覆盖。因此在页表中增加是否修改过的标志，为“1”表示修改过，为“0”表示未修改过，格式为：页号标志主存块号修改标志再磁盘上的位置由于是模拟调度算法，所以，不实际启动输出一页和装入一页的程序，而用输出调出的页号和装入的页号来代替一次调出和装入的过程。把

21、第一题中程序稍作修改，与本题结合起来，F IF O页面调度模拟算法如图2-2。图 2-2 FIFO页面调度模拟算法(4)磁盘上，在磁盘上的存放地址以及已装入主存的页和作业依次执行的指令序列都同第一题中(4)所示。于是增加了“修改标志”后的初始页表为：页号标志主存块号修改标志在磁盘上的位置01500 1 111800 1 221900 1 331100 2 14000 2 25000 2 36001 2 1按依次执行的指令序列，运行你所设计的程序，显示或打印每次调出和装入的页号,以及执行了最后一条指令后的数组P 的值。(5)为了检查程序的正确性，可再任意确定一组指令序列，运行设计的程序，核对执行

22、的结果。第三题：用最近最少用(L R U)页面调度算法处理缺页中断。提示(1)在分页式虚拟存储系统中，当硬件发出“缺页中断”后，引出操作系统来处理这个中断事件。如果主存中已经没有空闲块，则可用LR U页面调度算法把该作业中最先进入主存的一页调出，存放到磁盘上，然后再把当前要访问的页装入该块。调出和装入后都要修改页表页表中对应页的标志。(2)L R U 页面调度算法总是淘汰该作业中距现在最久没有访问过的那一页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。数组中的第一个元素总是指出当前刚访问的页号，因此最久没被访问的页总是由最后一个元素指出。如果主存中只有四块空闲块且执行第一题提示(4)假设的指

23、令序列，采用L R U 页面调度算法，那麽在主存中的页面变化情况如下：306451246230645124123064512012306451(3)编制 个 LR U页面调度程序，为了提高系统效率，如果应淘汰的页在执行中没有修改过，则可不必把该页调出。参看第二题中提示(3)。模拟调度算法不实际启动输出一页和装入一页的程序，而用输出调出的页号和装入的页号来代替。把第一题中的程序稍作改动，与本题集合起来，LR U页面调度模拟算法如图2-3。图 2-3 L R U 页面调度算（4）按第一题中提示（4）的要求，建立一张初始页表，表中为每一页增加“修改标志”位（参考第二题中提示（4）。然后按依次执行的指

24、令序列，运行你所设计的程序，显示或打印每次调出和装入的页号，以及执行了最后一条指令后的数组中的值。（5）为了检查程序的正确性，可再任意确定一组指令序列，运行设计的程序，核对执行的结果。四、实验报告（1）实验题目（第二题或第三题）。（2）程序中使用的数据结构及符号说明。（3）打印一份源程序并附上注释。（4）打印初始页表，每次调出（要调出一页时）和装入的页号，执行最后一条指令后在主存中的页面号（即数组的值）。.思考题如果你有兴趣的话，可把两种页面调度算法都做一下，比较两种调度算法的效率（哪种调度算法产生缺页中断的次数少）；分析在什麽情况下采用哪种调度算法更有利？实 验三 驱 动 调 度一、实验内容

25、模拟电梯调度算法，实现对磁盘的驱动调度。二、实验目的磁盘是种高速、大容量、旋转型、可直接存取的存储设备。它作为计算机系统的辅助存储器，担负着繁重的输入输出任务、在多道程序设计系统中，往往同时会有若干个要求访问磁盘的输入输出请求等待处理。系统可采用 种策略，尽可能按最佳次序执行要求访问磁盘的诸输入输出请求。这就叫驱动调度，使用的算法称为驱动调度算法。驱动调度能降低为若干个输入输出请求服务所需的总时间，从而提高系统效率。本实验要求学生模拟设计一个驱动调度程序，观察驱动调度程序的动态运行过程。通过实验使学生理解和掌握驱动调度的职能。三、实验题目模拟电梯调度算法，对磁盘进行移臂和旋转调度。提示:(1)

26、磁盘是可供多个进程共享的存储设备，但一个磁盘每时刻只能为一个进程服务。当有进程在访问某个磁盘时，其他想访问该磁盘的进程必须等待，直到磁盘一次工作结束。当有多个进程提出输入输出要求而处于等待状态时，可用电梯调度算法从若干个等待访问者中选择一个进程，让它访问磁盘。选择访问者的工作由“驱动调度”进程来完成。由于磁盘与处理器是可以并行工作的、所以当磁盘在作为一个进程服务时，占有处理器的另一进程可以提出使用磁盘的要求，也就是说，系统能动态地接收新的输入输出请求。为了模拟这种情况，在本实验中设置了一个“接收请求”进程。“驱动调度”进程和“接收请求”进程能否占有处理器运行，取决于磁盘的结束中断信号和处理器调

27、度策略。在实验中可用随机数来模拟确定这两个进程的运行顺序，以代替中断处理和处理器调度选择的过程。因而，程序的结构可参考图3 1开始（2）“接收请求”进程建立一张“请求I/O”表，指出访问磁盘的进程要求访问的物理地址，表的格式为：进程名柱面号磁道号物理记录号假定某个磁盘组共有2 0 0 个柱面，山外向里顺序编号（0 1 9 9）,每个柱面上有2 0 个磁道，编号为0 1 9,每个磁道分成8个物理记录，编号0 7。进程访问磁盘的物理地址可以用键盘输入的方法模拟得到。图 3 2是“接收请求”进程的模拟算法。图 3-2 “接收请求”模拟算法在实际的系统中必须把等待访问磁盘的进程排入等待列队，由于本实验

28、模拟驱动调度，为简单起见，在实验中可免去队列管理部分，故设计程序时可不考虑“进程排入等待队列”的工作。(3)“驱动调度”进程的功能是查“请 求 I/O”表，当有等待访问磁盘的进程时，按电梯调度算法从中选择一个等待访问者，按该进程指定的磁盘物理地址启动磁盘为其服务。对移动臂磁盘来说，驱动调度分移臂调度和旋转调度。电梯调度算法的调度策略是与移动臂的移动方向和移动臂的当前位子有关的，所以每次启动磁盘时都应登记移动臂方向和当前位子。电梯调度算法是一种简单而实用的驱动调度方法，这种调度策略总是优先选择与当前柱面号相同的访问请求，从这些请求中再选择一个能使旋转距离最短的等待访问者。如果没有与当前柱面号相同

29、的访问请求，则根据移臂方向来选择，每次总是沿臂移动方向选择一个与当前柱面号最近的访问请求，若沿这个方向没有访问请求时，就改变臂的移动方向。这种调度策略能使移动臂的移动频率极小，从而提高系统效率 用电梯调度算法实现驱动调度的模拟算法如图3 3。(4)图 3 1 中的初始化工作包括，初 始 化“请求I/O”表，置当前移臂方向为里移；置当前位置为0号柱面，0号物理记录。程序运行前可假定“请 求 I/O”表中已经有如干个进程等待访问磁盘。在模拟实验中，当选中一个进程可以访问磁盘时，并不实际地启动磁盘，而用显示：请求 I/O”表；当前移臂方向；当前柱面号，物理记录号来代替图3 3中 的“启动磁盘”这项工

30、作。图 3-3 电梯调度模拟算法四、实验报告(1)实验题目。(2)程序中使用的数据结构及其说明。(3)打印一份源程序并附上注释。(4)打印驱动调度进程每次选择访问请求前的“请 求I/O”表以及每次选中的进程名、访问的柱面号、物理记录号和当前移臂方向(用u p代表里移，d o w n代表外移。打印格式为:“请求I/O”表进程名柱面号物理记录号方向实验四同步机构一、实验内容模拟实现用同步机构避免并发进程执行时可能出现的与时间有关的错误。二、实验目的进程是程序在一个数据集合上运行的过程，进程是并发执行的，也即系统中的多个进程轮流地占用处理器运行。我们把如干个进程都能进行访问和修改地那些变量成为公共变

31、量。由于进程是并发执行的，所以，如果对进程访问公共变量不加限制，那么就会产生“与时间有关”的错误，即进程执行后，所得到的结果与访问公共变量的时间有关。为了防止这类错误，系统必须要用同步机构来控制进程对公共变量的访问。一般说，同步机构是由若干条原语同步原语一一所组成。本实验要求学生模拟P V 操作同步机构的实现，模拟进程的并发执行，了解进程并发执行时同步机构的作用。三、实验题目模拟P V 操作同步机构，且用P V 操作解决生产者消费者问题。提示:(I)P V 操作同步机构，由 p 操作原语和V 操作原语组成，它们的定义如下：P 操作原语P(s)：将信号量s 减 去 1,若结果小于0,则执行原语的

32、进程被置成等待信号量s的状态。V操作原语V(s)：将信号量s 加 1,若结果不大于0,则释放一个等待信号量s的进程。这两条原语是如下的两个过程：p r ocedur e p (var s:s em ap h or e);beg i n s:=s-l;i f s 0 t h en W (s)en d p p r ocedur e v(var s:s em ap h or e);beg i n s:=s+l;i f s =0 t h en R(s)en d V 其中W(s)表示将调用过程的进程置为等待信号量s的状态;R(s)表示释放一个等待信号量s的进程。在系统初始化时应把s em ap h or

33、 e定义为某个类型，为简单起见，在模拟实验中可把上述 的 s em ap h or e直接改成i n t eg er。(2)生产者消费者问题。假定有一个生产者和消费者，生产者每次生产一件产品，并把生产的产品存入共享缓冲器以供消费者取走使用。消费者每次从缓冲器内取出一件产品去消费。禁止生产者将产品放入已满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内取产品。假定缓冲器内可同时存放1 0 件产品。那么，用 P V 操作来实现生产者和消费者之间的同步，生产者和消费者两个进程的程序如下：B:ar r ay 0.9 of p r oduct s;s i,s2:s em ap h or e;I N,out;i n t

34、 eg er;I N:=0;out:=0;cobeg i np r ocedur e p r oducer;c:p r oduct s;beg i nLi：p r oduce(c);p (s )；B I N :=C;I N:=(I N+l)m od 1 0;v(s2)；g ot o Lien d;p r ocedur e con s um er;x:p r oduct s;beg i nL2:P(S2);x:=B out ;out:=(out+l)m od 1 0;V(S i);con s um e(x);g ot o L2en d;coen d其中的s em ap h or e和 p r o

35、duct s 是预先定义的两个类型，在模拟实现中s em ap h or e用 i n t eg er或 ch ar 等代替。(3)进程控制块P C B。为了纪录进程执行时的情况，以及进程让出处理器后的状态，断点等信息，每个进程都有一个进程控制块P C B。在模拟实验中，假设进程控制块的结构如图4-1。其中进程的状态有：运行态、就绪态、等待态和完成态。当进程处于等待态时，在进程控制块P C B中要说明进程等待原因(在模拟实验中进程等待原因为等待信号量S i 或 S 2):当进程处于等待态或就绪态时，P C B中保留了断点信息，一旦进程再度占有处理器则就从断点位置继续运行；当进程处于完成状态，表

36、示进程执行结束。进程名状态等待原因断点图 4-1 进程控制块结构(4)处理器的模拟。计算机硬件提供了一组机器指令，处理器的主要职责是解释执行机器指令。为了模拟生产者和消费者进程的并发执行，我们必须模拟一组指令和处理器职能。模拟的一组指令见图4-2,其中每条指令的功能山一个过程来实现。用变量P C 来模拟“指令计数器”，假设模拟的指令长度为1,每执行一条模拟指令后，P C 加 1,指出下一条指令地址。使用模拟的指令，可把生产者和消费者进程的程序表示为图4-3 的形式。定义两个一维数组P A O.4 和 S A O.4 ,每一个P A i 存放生产者程序中的一条模拟指令执行的入口地址；每个S A

37、i 存放消费者程序中的一条模拟指令执行的入U 地址。于是模拟处理器执行条指令的过程为：取出P C 之值，按 P A P C 或 S A P C 得模拟指令执行的入口地址，将 P C 之值加1,转向由入口地址确定的相应的过程执行。(5)程序设计本实验中的程序由三部分组成：初始化程序、处理器调度程序、模拟处理器指令执行程序。各部分程序的功能及相互间的关系由图4-4 至图4-7 指出。图 4-2 模拟的处理器指令模拟的指令功能p(s)执行p 操作原语V(s)执行V 操作原语p u tB I N :=p r o du c t;I N:=(I N+1)m o d 1 0G E TX:=B o u t ;

38、o u t:=(o u t+l)m o d 1 0p r o du c e输入一个字符放入c中c o n s u m e打印或显示X中的字符G O TO LP C:LN O P空操作序号生产者程序消费者程序0p r o du c eP G)1P G)G E T2P UTV(S 1)3V（S 2）c o n s u m e4g o t o 0g o t o 0图4-3生产者和消费者程序初始化程序：模拟实验的程序从初始化程序入口启动，初始化工作包括对信号量S 1、S 2赋初值，对生产者、消费者进程的P C B初始化。初始化后转向处理器调度程序，其流程如图4-4图4-4初始化流程处理器调度程序：在计

39、算机系统中，进程并发执行时，任一进程占用处理器执行完一条指令后就有可能被打断而让出处理器山其他进程运行。故在模拟系统中也类似处理，每当执行一条模拟的指令后，保护当前进程的现场，让它成为非运行状态，由处理器调度程序按随机数再选择个就绪进程占用处理器运行。处理器调度程序流程见图4-5。模拟处理器指令执行程序：按“指令计数器 PC之值执行指定的质量，且 PC加 1指向下一条指令。模拟处理器指令执行的程序流程见图4-6和4-7。图4-6 模拟处理器指令执行(1)模拟 P (S)(2)模拟 V (S)图4-7 模拟P V操作的执行另外，为了使得模拟程序有一个结束条件，在图4-6中附加了“生产者运行结束”

40、的条件判断，模拟时可以采取人工选择的方法实现。图4-7给出了 P (S)和V (S)模拟指令执行过程的流程。其他模拟指令的执行过程己在图4-2中指出。四、实验报告(1)实验题目。(2)打印源程序并附上注释。(3)从键盘上输入组字符，由生产者每次读入一个字符供消费者输；H。运行模拟程序，打印依次读入的字符和消费者输出的字符。(4)把生产者和消费者进程中的P操作、V操作都改成空操作指令，观察在两者不同步的情况下可能出现的与时间有关的错误。打印依次读入的字符和消费者输出的字符。实 验 五 UNIX系统一、实验内容熟悉UNIX操作系统，在 UNIX中使用C 语言进行文本处理。二、实验目的UNIX操作系

41、统是一个通用的多用户分时操作系统，现已成为高档微机、工作站及若干小型机系统上的主要操作系统，并在许多领域中获得了广泛的应用。UNIX系统具有简单、高效、易懂等特点，同时具有良好的可移植性，它代表着多用户操作系统发展的方向。C 语言最初是为开发UNIX操作系统而设计，UNIX核心和所有的用户程序几乎都是用C 语言编写，是 UNIX的标准语言。本实验要求学生在熟悉UNIX系统的基础上，使用v i 编辑器，了解用C 语言编写文本处理程序的具体过程。三、实验题目(1)使用自己的注册号注册UNIX系统，学习如何增加用户、设置用户缺省信息与修改用户口令、修改用户和用户组属性、删除用户注册号和用户组、目录操

42、作、文件操作。(2)参考附录内容学习使用v i 编辑器。(3)使用C 语言编写一个词频统计程序，使之能够给出各个单词在输入文件中的出现次数。(4)使用C 语言编写一个反向打印程序，使之能够按与输入文件中文本行相反的次序来打印(即后出现的文本行先打印)。提示:1、从 root注册进系统，可以通过OA&M菜单创建用户组并为用户分配注册号，也可以通过shell命令创建用户组，创建用户组的shell命令格式如下：groupadd-g group_ID group_name为用户分配注册号的shell命令格式如下：useradd-u user_number-g primary_group_ID-G su

43、pplementary_group_ID-c comments-d home-directory-s program-m loginD其中-u选项用来表示用户ID 号,-g选项用来表示主用户组名，-G 选项用来表示可由“，”隔开的多个supplementary_group_ID,-c选项用来表示注释信息，-d选项用来表示主目录名，-s 选项用来表示注册shell程序，-m 选项不带参数，它用来将/etc/skel目录中的内容(如.profile文件和标准目录文件)拷入新的注册号下,loginD 是该命令必需的用户注册号。例：groupadd-g 51 newuseruseradd-u 203-

44、g newuser-c new user-d/user/liu-s/bin/sh-m liu如果采用缺省设置，也可以只使用如下shell命令：useradd liu分配完注册号后，也可以为用户设置口令。用来设置口令的shell命令格式如下:password options login_ID其中任选项options可为如下内容：-n d a y s 表示口令的有限时间-x d a y s 表示口令从设置到修改的时间。例：password-n 7-x 6 liu或者：password liu系统在提示输入和重新输入后，确认口令设置成功。修改用户属性的shell命令格式如下：usermod opti

45、ons login_ID其中，任选项options可以为如下内容：-c com m ent表示注释信息-d pathnam e表示当前目录-g group_ID 表示主用户组名-G supplemenlary_groupD 表示主用户组的增补组名-1 login 表示用户注册号-m 表示将/etc/skel目录中的内容拷入新的注册号下-s program表示注册用shell程序-u user_ID_number 表示用户 ID 号-e days 表示口令从设置到修改的天数-f days 表示注册起作用的天数作 为 个 例子，我们修改注册shell程序,这时可使用如下shell命令：usermo

46、d-s/bin/csh liu修改用户组属性的shell命令格式如下：groupmod options其中，任选项options可为如下内容:-g groupD 表示为用户组分配一个新的组ID 号-o group JD 表示为用户组分配一个重复的组ID 号-n group_nam e表示为用户组分配一个新名字作为一个例子，我们修改用户组名，这时可使用如下shell命令：groupmod-n admin只删除用户注册号的shell命令格式如下:userdel login_ID实例如下：userdel liu删除用户注册号及其所在目录和文件的shell命令格式如下：userdel-r loginD

47、实例如下：userdel-r liu删除用户组的shell命令格式如下：groupdel group_ID实例如下：groupdel newuser2,从新的子目录中开始工作使用m kdir命令创建新的子目录c_progso$mkdir c_progs$使用c d 命令进入到新创建的子目录中。$cd c_progs$3,输入C 程序输入C 程序可以用v i 命令来完成。下面就使用v i 命令来输入C 程序cowpact.c。/*Remove newlines*/#include main()(int c,n=0max=l;while(c=getchar()!=EOF)(if(c=V)n+;el

48、sen=0;if(cn testfilethis is line Ithis is line 2this is line 4$对 testfile 文件使用 compactoScompact testfilethis is line 1this is line 2this is line 4$这样就从输入文件中删除了多余的空行。四、实验报告1.实验题目。2,流程图。3,打印一份源程序并附上注释。实验六 进程间通信一、实验内容模拟实现进程之间的通信。二、实验目的Linux系统的进程通信机构(IP C)允许在任意进程间大批量地交换数据，通过本实验，了解熟悉Linux支持的消息通信机制、共享存储区机

49、制及信息量机制。三、实验题目1,消息的创建，发送和接收。(1)使用系统调用 msgget(),msgsnd(),msgrcv()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、附接和断接。使用系统调用shmget(),shmat(),sgmdt(),shm ctl(),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。提示1,系统调用函数说明、参数值及定义 fork()创建一个新进程。int fork()其中返回in t取值意义如下：0：创建子进程

50、，从子进程返回的i d 值大于0：从父进程返回的子进程id 值-1：创建失败 msgget(key,flag)获得一个消息的描述符，该描述符指定一个消息队列以便用于其他系统调用。该函数使用头文件如下：#include#include#include 参数定义int msgget(key,flag)key_t key;int flag;语法格式:msgqid=msgget(key,flag)其中：msgqid是该系统调用返回的描述符，失败则返回-1：flag 本身由操作允许权和控制命令值相“或”得到。IPC_CREAT I 0400 是否该队列应被创建；IPC_EXCL I 0400 是否该队列