2016操作系统实验指导书【Linux】

二、实验环境
硬件环境：计算机一台，局域网环境； 软件环境：Linux Ubuntu 操作系统，gcc 编译器。
三、实验内容和步骤
1、Linux 进程状态及其相互转换 Linux 中，进程有以下 6 中状态。 Linux 系统中的进程主要有以下六种状态。 （1）TASK_RUNNING（可运行状态）。正在运行的进程或在可运行进程队列（run_queue）中 等待运行的进程处于该状态。它实际上包含一般操作系统原理教材中所谓进程三种基本状态中的 运行态和就绪两种状态。 当 CPU 空闲时，进程调度程序只在处于该状态的进程中选择优先级最高的进程运行。Linux 中运行态的进程可以进一步细分为 3 种：内核运行态、用户运行态和就绪态。 （2）TASK_INTERRUPTIBLE（可中断阻塞状态）。处于可中断阻塞状态的进程排成一个可中 断阻塞状态进程队列，该队列中的阻塞进程在资源有效时，能被信号或中断唤醒进入到运行态队 列。 （3）TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断阻塞状态）。不可中断指的是进程不响应信号。处 于不可中断阻塞状态的进程排成一个不可中断阻塞状态进程队列。该队列中的阻塞进程，不可被 其他进程唤醒，只有被使用 wake_up()函数明确唤醒时才能转换到可运行的就绪状态。 （4）TASK_STOP/TASK_TRACED（暂停状态）。当进程收到信号 SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN 或 SIGTTOU 时就会进入暂停状态。可向其发送 SIGCONT 信号，让进程转换到可运行状态。 （5）TASK_DEAD-EXIT_ZOMBIE（僵死状态）。表示进程停止但尚未消亡的一种状态。此时 进程已经结束运行并释放掉大部分资源，但父进程尚未收回其 PCB。在进程退出时，将状态设为 TASK_ZOMBIE，然后发送信号给父进程，由父进程再统计其中的一些数据后，释放它的 task_struct 结构。处于该状态的进程已经终止运行，但是父进程还没有询问其状态。 （6）TASK_DEAD-EXIT_DEAD（退出状态），处于此状态的进程即将被销毁，EXIT_ DEAD 非常短暂，几乎不可能通过 ps 命令捕捉到。 Linux 中进程的状态转换过程如下图所示：
2、线程异步并发执行 编写一个 C 语言程序，该程序首先初始化一个 count 变量为 1，然后使用 pthread_create 函数创建两个线程，每个线程对 count 加 1 后，显示“I am son, count=x”或“I am daughter, count=x”,父进程对 count 加 1 之后，显示“I am father, count=x”,其中 x 使用 count 值代 替。最后父进程使用 pthread_join 等待两个线程结束之后退出。 编译连接后，多次运行该程序，观察屏幕上显示结果的顺序性，直到出现不一样的情况为止，
（四）查看“不可中断阻塞”状态（D） 创建一个 C 程序，如 uninter_status.c，让其睡眠 30s
4
2016 操作系统实验指导书【Linux 版】
编译链接，后台运行该程序（后接&），并使用 ps 命令查看运行状态
（五）查看“僵尸”进程（Z） 创建一个 C 程序，如 zombie_status.c，在其中创建一个子进程，并让子进程迅速结束，而父进 程陷入阻塞
实验三 使用信号量进行互斥与同步
一、实验目的
本实验介绍在 Linux 中使用信号量进行进程同步、互斥的方法。读者可以通过实验进一步理 解进程间同步与互斥、临界区与临界资源的概念与含义，并学会 Linux 信号量的基本使用方法。
二、实验环境
硬件环境：计算机一台，局域网环境； 软件环境：Linux Ubuntu 操作系统，gcc 编译器。
sem_t* sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, int value) name: 文件名路径，如’mysem’，会创建/dev/shm/sem.mysem oflag：O_CREATE 或 O_CREATE | O_EXCL O_CREATE：如信号量存在，则打开之，如不存在，则创建 O_CREATE | O_EXCL：如信号量已存在，则返回 error mode：信号量访问权限，如 0666 value：信号量初始化值
编译链接，后台运行该程序（后接&），并使用 ps 命令查看
（二）查看“暂停”状态（T） 运行 run_status 进程，其进入 R 状态：
3
2016 操作系统实验指导书【Linux 版】
使用 kill 命令，向 run_status 进程发送 SIGSTOP 信号，并使用 ps 命令观察其状态（进入了 T 状态）
2016 操作系统实验指导书【Linux 版】
操作系统实验指导书(Linux 版)
计算机科学与软件【Linux 版】
实验一 观察 Linux 进程状态
一、实验目的
在本实验中学习 Linux 操作系统的进程状态，并通过编写一些简单代码来观察各种情况下， Linux 进程的状态，进一步理解进程的状态及其转换机制。
编写两个 C 语言程序 black_chess.c 以及 red_chess.c，分别模拟下象棋过程中红方走子和黑方 走子过程。走子规则：红先黑后，红、黑双方轮流走子，到第 10 步，红方胜，黑方输。
编程思路： 设置一下两个同步信号量。 （1）hei:初值为 1，代表黑方已经走子，轮到红方走子（满足棋规“红先黑后”）。 （2）hong: 初值为 0，代表红方尚未走子。 红棋走子之前，先测试信号量 hei，判断黑方是否已经走子，如是，则轮到红方走子，否则 阻塞等待黑子走子，有于 hei 的初值为 1，因此一定是红方先走。红方走子完毕后，置信号量 hong， 通知黑方走子。 黑方走子之前，先测试信号量 hong，判断红方是否已经走子，如是，则轮到黑方走子，否则 阻塞等待红方走子，由于 hong 的初值为 0，因此在红方没有走子之前，黑方不会走子。黑方走子 完毕后，置信号量 hei，通知红方走子。 下象棋示例红棋 red_chess.c
注：父进程进入 S 状态，子进程进入 Z 状态。 编译链接，后台运行该程序（后接&），并使用 ps 命令查看运行状态（30s 内）
请写出程序代码及实验结果。实验者也可以不参照前面代码写，但要贴出实验结果。
四、实验总结
分析为什么出现以上现象，并对其进行总结：什么时候出现运行状态、暂停状态、可中断阻 塞状态、不可中断阻塞状态、僵尸状态？
使用 kill 命令，向 run_status 进程发送 SIGSCON 信号，并使用 ps 命令观察其状态（恢复到 R 状态）
（三）查看“可中断阻塞”状态（S） 创建一个 C 程序，如 interruptiblie_status.c，让其睡眠 30s
编译链接，后台运行该程序（后接&符号），并使用 ps 命令查看运行状态
int sem_wait(sem_t *sem) 测试指定的信号量的值，相当于 P 操作 若 sem > 0，则减 1 立刻返回； 若 sem = 0，则睡眠直到 sem > 0，此时立刻减 1，然后返回 int sem_post(sem_t *sem) 释放资源，相当于 V 操作 信号量 sem 的值加 1 唤醒正在等待该信号量的进程/线程
5
2016 操作系统实验指导书【Linux 版】
实验二 观察 Linux 进程/线程的异步并发执行
一、实验目的
通过本实验学习如何创建 Linux 进程及线程，通过实验，观察 Linux 进程及线程的异步执行。 理解进程及线程的区别及特性，进一步理解进程是资源分配单位，线程是独立调度单位。
二、实验环境
2
2016 操作系统实验指导书【Linux 版】
可以使用 ps 命令查看进程在系统中的状态。在 ps 命令的显示结果中，5 中字符分别代表 5 种不同的进程状态。
（1）R（TASK_RUNNING）：可执行状态或运行状态 （2）S（TASK_INTERRUPTIBLE）：可中断阻塞状态，可响应中断、接收信号（如 SIGKILL） （3）D（ TASK_ UNINTERRUPTIBLE）：不可中断阻塞状态，只能响应中断 （4）T（ TASK_ STOPPED/ TASK_ TRACED）：暂停状态或跟踪状态 （5）Z（ TASK_ DEAD/EXIT_ZOMBIE）：退出状态，进程成为僵尸进程 注：在状态字符后面如果带+（如 S+），表示进程是前台运行，否则是后台运行。 2 观察进程状态 （一）查看“运行”状态（R） 创建一个 C 程序，如 run_status.c，运行一段长循环，
硬件环境：计算机一台，局域网环境； 软件环境：Linux Ubuntu 操作系统，gcc 编译器。
三、实验内容和步骤
1、进程异步并发执行 编写一个 C 语言程序，该程序首先初始化一个 count 变量为 1，然后使用 fork 函数创建两 个子进程，每个子进程对 count 加 1 后，显示“I am son, count=x”或“I am daughter, count=x”, 父进程对 count 加 1 之后，显示“I am father, count=x”,其中 x 使用 count 值代替。最后父 进程使用 waitpid 等待两个子进程结束之后退出。 编译连接后，多次运行该程序，观察屏幕上显示结果的顺序性，直到出现不一样的情况为止， 并观察每行打印结果中 count 的值。 参考程序（实验者也可以自己设计类似程序）
6
2016 操作系统实验指导书【Linux 版】
并观察每行打印结果中 count 的值。 参考程序（实验者也可以自己设计类似程序）
四、实验总结
观察两个实验结果中 count 值的变化，分析父进程和子进程两者之间的关系以及主线程和子 线程之间的关系，写出进程和线程两者之间的区别。