操作系统实验报告(全)

操作系统实验报告书
院系名称：电子工程学院电子指导教师：
班级：
学号：
学生姓名：
实验题目一：进程
一、实验目的
通过观察、分析实验现象，深入理解进程及进程在调度执行和内存空间等方面的特点，
掌握在POSIX 规范中fork和kill系统调用的功能和使用。

二、实验内容
（1）补充POSIX 下进程控制的残缺版实验程序
（2）回答下列问题：
1. 你最初认为运行结果会怎么样？
2. 实际的结果什么样？有什么特点？试对产生该现象的原因进行分析。

3. proc_number 这个全局变量在各个子进程里的值相同吗？为什么？
4. kill 命令在程序中使用了几次？每次的作用是什么？执行后的现象是什么？
5. 使用kill 命令可以在进程的外部杀死进程。

进程怎样能主动退出？这两种退
出方式哪种更好一些？
三、实验步骤
1.根据题意进入DOC环境中编写程序。

2.编译，链接，运行程序，进行调试。

3.分析实验结果及回答问题。

四、调试情况，回答问题及体会
1、对自己设计进行评价，指出合理和不足之处，提出改进的方案。

2、在设计过程中的感受。

调试情况：
回答上述实验内容中的问题
1．预期结果：
会持续输出0-9号进程，直到输入数字键+回车，则会杀死该进程，接下来的输出将不会有该进程号，当输入q+回车，则退出程序。

2．实际结果：
与预期差不多，因输入进程总数20大于设定的最大进程数，因此按进程数10来处理。

随机输出0-9号进程，sleep(SLEEP_INTERV AL)，循环输出，直到输入数字键，则会杀死该数字对应的进程，直到输入q退出循环，然后杀死本组所有进程。

分析：每创建一个子进程时，将其pid存储在pid[i]中，i存储在proc_number，然后调用死循环函数do_something()，输出该进程的代号proc_number；
当输入数字键时，主进程会执行kill(pid[ch-'0'],SIGTERM)，从而杀死（ch-‘0’）号进程。

当输入q时循环退出，kill(0,SIGTERM)，杀死本组所有进程。

程序退出。

3. proc_number这个全局变量在各个子进程里的值相同，因为子进程相互独立，资源互不影响。

4．kill命令在程序中使用了2次：kill(pid[ch-'0'],SIGTERM); kill(0,SIGTERM);
第一次是杀死该进程号pid[ch-‘0’]，执行后接下来的结果中不会有该进程号，用另一个终端打开，使用命令ps aux | grep process，因为子进程先于父进程退出，则被杀死的进程为僵死状态，但我加了行代码wait(&pid[ch-'0'])，就会使该子进程真正结束。

第二次是杀死本组所有进程。

即主进程以及它创建的所有子进程。

执行后程序退出，进程结束。

5．进程在main函数中return，或调用exit()函数都可以正常退出。

而使用kill命令则是异常退出。

当然是正常退出比较好，若在子进程退出前使用kill命令杀死其父进程，则系统会让init进程接管子进程。

当用kill命令使得子进程先于父进程退出时，而父进程又没有调用wait函数等待子进程结束，子进程处于僵死状态，并且会一直保持下去，直到系统重启。

子进程处于僵死状态时，内核只保存该进程的必要信息以被父进程所需，此时子进程始终占着资源，同时减少了系统可以创建的最大进程数。

体会：通过这次试验，深入理解进程及进程在调度执行和内存空间等方面的特点，
掌握在POSIX 规范中fork和kill系统调用的功能和使用。

同时也认识到自己在理论知识上的缺陷，从操作实践中更加了解了进程。

五、源代码（略，详见电子版）
实验题目二：线程管理
一、实验目的
通过观察、分析实验现象，深入理解线程及线程在调度执行和内存空间等方面的特点，并掌握线程与进程的区别。

掌握在POSIX 规范中pthread_create() 函数的功能和使用方法。

二、实验内容
（1）补充POSIX 下进程控制的残缺版实验程序
（2）.回答下列问题：
1. 你最初认为前三列数会相等吗？最后一列斜杠两边的数字是相等，还是大于或者
小于关系？
2. 最后的结果如你所料吗？有什么特点？试对原因进行分析。

3. thread 的CPU 占用率是多少？为什么会这样？
4. thread_worker()内是死循环，它是怎么退出的？你认为这样退出好吗？
三、实验步骤
1.根据题意进入DOC环境中编写程序。

2.编译，链接，运行程序，进行调试。

3.分析实验结果及回答问题。

四、调试情况，回答问题及体会
1、对自己设计进行评价，指出合理和不足之处，提出改进的方案。

2、在设计过程中的感受。

回答上述实验内容中的问题
1．试验运行前我认为前三列数不会相等，因为三个线程运行次数是随机的，结果不可预料，当然counter[i]值不会一定相等。

而我认为main_counter与sum值应该是相等的。

因为都是三个线程的counter之和。

2．而实验结果是前三列数确实不相等。

不过main_counter与sum的值也不相等，main_counter < sum，经分析讨论得出解释：因为三个线程在共同争取运行thread_worker()函数，比如main_counter初值为0，pthread_id[0]执行之后main_counter+1，此时还未来得及将值赋给main_counter，这时的main_counter还是0；pthread_id[1]也执行这个函数，main_counter+1，若此时在1号线程将main_counter+1的值还未赋给main_counter，即这时的main_counter 还是0，pthread_id[2]也来执行这个函数，main_counter+1，此时三个线程才将加完之后的值赋给main_counter，则main_counter=0+1=1，而真正执行次数sum=0+1+1+1=3。

main_counter < sum。

3．thread的CPU占用率在我的机子上执行结果是181，因为三个线程是无限循环的运行，使得cpu占用率很高。

4．thread_worker()函数内是死循环，退出时因为主函数中设置的输入q时循环退出。

输入q 时主进程执行退出，return 退出程序，则子线程也强制退出。

这样退出不好。

体会：通过这次试验，深入理解线程及线程在调度执行和内存空间等方面的特点，并掌握线程与进程的区别。

掌握在POSIX 规范中pthread_create() 函数的功能和使用方法。

将理论和实践结合起来，更加理解了线程。

五、源代码（略，详见电子版）
实验题目三：互斥
一、实验目的
通过观察、分析实验现象，深入理解理解互斥锁的原理及特点；
掌握在POSIX 规范中的互斥函数的功能及使用方法。

二、实验内容
1．找到thread.c 的代码临界区，用临界区解决main_counter 与sum 不同步的问题。

2．阅读下列代码，回答问题：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<ctype.h>
#include<pthread.h>
#define LOOP_TIMES 1000
pthread_mutex_t mutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* thread_worker(void *);
void critical_section(int threadd_num,int i);
int main(int argc,char *argv[]){
int rtn,i;
pthread_t pthread_id=0;
rtn=pthread_create(&pthread_id,NULL,thread_worker,NULL);
if(rtn!=0){
printf("pthread_create ERROR!\n");
return -1;
}
for(i=0;i<LOOP_TIMES;i++){
pthread_mutex_lock(&mutex1);
pthread_mutex_lock(&mutex2);
critical_section(1,i);
pthread_mutex_unlock(&mutex2);
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex1);
pthread_mutex_destroy(&mutex2);
return 0;
}
void *thread_worker(void* p){
int i;
for(i=0;i<LOOP_TIMES;i++){
pthread_mutex_lock(&mutex2);
pthread_mutex_lock(&mutex1);
critical_section(2,i);
pthread_mutex_unlock(&mutex2);
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
}
}
void critical_section(int thread_num,int i){
printf("Thread%d:%d\n",thread_num,i);
}
1. 你预想deadlock.c 的运行结果会如何？
2. deadlock.c 的实际运行结果如何？多次运行每次的现象都一样吗？为什么会这样？
三、实验步骤
1.根据题意进入DOC环境中编写程序。

2.编译，链接，运行程序，进行调试。

3.分析实验结果及回答问题。

四、调试情况，回答问题及体会
死锁调试结果：
修改后调试结果：
回答问题：
1．程序运行会出现中止现象，可能会资源互斥。

2．实际运行时程序会在运行期间中止，出现死锁现象。

多次运行之后现象都一样。

解释如下：主线程申请mutex1资源，而子线程申请mutex2资源，此时主线程继续申请mutex2资源，子线程来申请mutex1资源，而mutex2资源还未被子线程释放，主线程无法申请到，同样的，mutex1资源未被主线程释放则子线程也无法申请到，此时便处于无限循环等待，形成死锁。

心得体会：通过本次实验使我深入理解了互斥锁的原理及特点，掌握了在POSIX 规范中的互斥函数的功能及使用方法，对于所学理论知识有了更好的理解。

五、源代码
修改后的程序：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<ctype.h>
#include<pthread.h>
#define LOOP_TIMES 1000
pthread_mutex_t mutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* thread_worker(void *);
void critical_section(int threadd_num,int i);
int main(int argc,char *argv[]){
int rtn,i;
pthread_t pthread_id=0;
rtn=pthread_create(&pthread_id,NULL,thread_worker,NULL);
if(rtn!=0){
printf("pthread_create ERROR!\n");
return -1;
}
for(i=0;i<LOOP_TIMES;i++){
pthread_mutex_lock(&mutex1);
pthread_mutex_lock(&mutex2);
critical_section(1,i);
pthread_mutex_unlock(&mutex2);
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex1);
pthread_mutex_destroy(&mutex2);
return 0;
}
void *thread_worker(void* p){
int i;
for(i=0;i<LOOP_TIMES;i++){
pthread_mutex_lock(&mutex1);
pthread_mutex_lock(&mutex2);
critical_section(2,i);
pthread_mutex_unlock(&mutex2);
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
}
}
void critical_section(int thread_num,int i){ printf("Thread%d:%d\n",thread_num,i); }。