中原工学院操作系统实验报告

计算机操作系统实验报告专业：网络工程班级： 162班学号：学生姓名：指导教师：2019/06/06目录实验一进程控制 (3)一、实验目的： (3)二、实验平台： (4)三、实验内容： (4)实验结果 (5)单线程执行结果： (7)实验总结 (8)实验二进程同步 (8)一、实验目的： (8)二、实验平台： (8)三、实验内容： (9)执行结果 (12)实验总结 (12)实验三添加内核模块 (12)一、实验目的： (12)二、实验平台： (13)三、实验内容： (13)readprocess.c代码： (14)Makefile代码： (15)processinfo文件源代码： (17)Makefile文件源代码： (18)实验总结 (20)实验四统计操作系统缺页次数 (20)实验目的 (20)实验内容 (21)实验过程 (21)1. 修改内核源代码，添加统计变量 (21)2. 配置编译新内核 (23)3. 编译内核和模块 (24)4. 安装新内核模块和新内核 (24)5. 编写读取pfcount值的模块代码 (25)6.编译、构建内核模块 (26)7.加载模块到内核中 (26)实验总结 (27)实验五 EXT4文件系统结构分析 (27)一、实验目的： (27)二、实验平台： (27)三、实验内容： (27)实验总结 (31)实验一进程控制一、实验目的：加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别；掌握Linux操作系统的进程创建和终止操作，体会父进程和子进程的关系及进程状态的变化；进一步认识并发执行的实质，编写并发程序。

二、实验平台：虚拟机：VMWare9以上操作系统：Ubuntu12.04以上编辑器：Gedit | Vim编译器：Gcc三、实验内容：（1）编写一段程序，使用系统调用fork()创建两个子进程，当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。

让每一个进程在屏幕上显示“身份信息”：父进程显示“Parent process! PID=xxx1 PPID=xxx2”；子进程显示“Childx process! PID=xxx PPID=xxx”。

多运行几次，观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。

说明：xxx1为进程号，用getpid()函数可获取进程号；xxx2为父进程号，用getppid()函数可获取父进程号；Childx中x为1和2，用来区别两个子进程；wait()函数用来避免父进程在子进程终止之前终止。

程序源码：#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#define NUM 2int main(void){pid_t pid1,pid2;if((pid1=fork())<0){printf("创建进程1失败");}else{if(pid1==0){//子进程1执行printf("Child1 process: ");printf("PID=%d PPID=%d \n",getpid(),getppid());sleep(2);}else{if((pid2=fork())<0){printf("创建进程2失败");}else{if(pid2==0){ //子进程2执行printf("Child2 process: ");printf("PID=%d PPID=%d \n",getpid(),getppid());}else{//父进程执行wait();wait();printf("Parent process: ");printf("PID=%d PPID=%d \n",getpid(),getppid());exit(0);}}}}}实验结果whtcmiss@whtcmiss-VirtualBox:~/Desktop$ gcc test1.c -o testwhtcmiss@whtcmiss-VirtualBox:~/Desktop$ ./testChild2 process: PID=2527 PPID=2525Child1 process: PID=2526 PPID=2525Parent process: PID=2525 PPID=2127whtcmiss@whtcmiss-VirtualBox:~/Desktop$ ./testChild2 process: PID=2530 PPID=2528Child1 process: PID=2529 PPID=2528Parent process: PID=2528 PPID=2127whtcmiss@whtcmiss-VirtualBox:~/Desktop$ ./testChild2 process: PID=2533 PPID=2531Child1 process: PID=2532 PPID=2531Parent process: PID=2531 PPID=2127实验结果分析：第一次程序运行结果，两个子进程的PPID都是2525，是由同一个进程创建。

而父进程PID是2525，父进程PPID是2127，说明父进程也是一系统进程的子进程。

第二次程序运行结果，父进程PID是2528，PPID是2127，说明父进程是由同一进程创建的，父进程也是以子进程的方式存在，且进程ID是逐渐递增的。

（2）fork()和exec()系列函数能同时运行多个程序，利用上述函数将下面单进程顺序执行的程序single.c改造成可并发执行3个进程的程序multi_process.c；并用time命令获取程序的执行时间，比较单进程和多进程运行时间，并分析原因。

//single.c#include <stdio.h>#define NUM 5int main(void){void print_msg(char *m);print_msg("Good ");print_msg("Morning ");print_msg("201608030222\n");return 0;}void print_msg(char *m){int i;for(i = 0; i<NUM; i++){printf("%s",m);fflush(stdout);sleep(1);}}编译运行方法：#gcc single.c –o single#time ./single单线程执行结果：多线程代码：#multi_process.c#include <stdio.h>#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#define NUM 5int main(void){pid_t pid[3];int i;for(i=1;i<=3;i++){pid[i-1]=fork();if(pid[i-1]==0||pid[i-1]==-1)break;}if(pid[0]==0){execl("print","print","Good",NULL);}else {if(pid[1]==0){execl("print","print","Hello",NULL);}else{if(pid[2]==0){execl("print","print","201608030222",NULL);}wait();wait();wait();exit(0);}}return 0;}实验分析：第二个实验结果，第二个程序的多线程因为是并发执行，而且是有三个线程，所以在时间上几乎是单线程的1/3，而且因为是并发的，所以打印结果是无序的。

实验总结本次实验首先要明确进程和程序的区别，我通过在Linux操作系统的进程创建和终止操作，运行父进程和子进程，查看运行结果和进程状态的变化。

实验过程中也了解了父进程与子进程的运行过程及其机制。

实验二进程同步一、实验目的：掌握基本的同步算法，理解经典进程同步问题的本质；学习使用Linux的进程同步机制，掌握相关API的使用方法；能利用信号量机制，采用多种同步算法实现不会发生死锁的哲学家进餐程序。

二、实验平台：虚拟机：VMWare9以上操作系统：Ubuntu12.04以上编辑器：Gedit | Vim编译器：Gcc三、实验内容：（1）以哲学家进餐模型为依据，在Linux控制台环境下创建5个进程，用semget函数创建一个信号量集（5个信号量，初值为1），模拟哲学家的思考和进餐行为：每一位哲学家饥饿时，先拿起左手筷子，再拿起右手筷子；筷子是临界资源，为每一支筷子定义1个互斥信号量；想拿到筷子需要先对信号量做P操作，使用完释放筷子对信号量做V操作。

伪代码描述：semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};•第i位哲学家的活动可描述为：do{printf("%d is thinking\n",i);printf("%d is hungry\n",i);wait(chopstick［i］); //拿左筷子wait(chopstick［(i+1) % 5］); //拿右筷子printf("%d is eating\n",i);signal(chopstick［i］); //放左筷子signal(chopstick［(i+1) % 5］); //放右筷子…}while[true];运行该组进程，观察进程是否能一直运行下去，若停滞则发生了什么现象？并分析原因。

实验结果：源码如下：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <stdint.h>#include <stdbool.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <sys/wait.h>union semun{int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *_buf;};#define ERR_EXIT(m) \do { \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)//获取互斥信号量void wait_mutex(int mutex){struct sembuf sb={0,-1,0};semop(mutex,&sb,1);//对互斥信号量进行操作}//取得筷子void wait_v(int semid,int num){struct sembuf sb={num,-1,0};semop(semid,&sb,1);}//释放筷子void signal_p(int semid,int num){struct sembuf sb={num,1,0};semop(semid,&sb,1);}//释放互斥变量mutexvoid signal_mutex(int semid0){struct sembuf sb={0,1,0};semop(semid0,&sb,1);}//ph函数void ph(int num,int semid,int semid0){int left=num;int right=(num+1)%5;for(;;){printf("%d is thinking\n",num);sleep(1);printf("%d is hungry\n",num);sleep(1);//wait操作，控制哲学家最多4人能进餐wait_mutex(semid0);wait_v(semid,left);wait_v(semid,right);printf("%d is eating\n",num);sleep(1);//signal操作signal_p(semid,right);//释放右筷子signal_p(semid,left);//释放左快子signal_mutex(semid0);//释放互斥信号量}}int main(int argc,char *argv[]){int semid,semid0;//创建两个信号量集semid0=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT | 0666);semid=semget(IPC_PRIVATE,5,IPC_CREAT | 0666);//union semun su;su.val=1;int i;for(i=0;i<5;i++){//semctl()系统调用在一个信号量集(或集合中的单个信号量)上执行各种控制操作semctl(semid,i,SETVAL,su);}//设定semid0信号量的初始值union semun su0;su0.val=4;semctl(semid0,0,SETVAL,su0);//创建4个子进程int num=0;pid_t pid;for(i=1;i<5;i++){pid=fork();if(pid<0) {ERR_EXIT("fork");}if(pid==0) {num=i;break;}}//第num个哲学家要做的事ph(num,semid,semid0);return 0;}执行结果实验总结哲学家进餐的问题是操作系统信号量同步的经典例题了。