西安郵電大學(xué)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

西 安 郵 電 大 學(xué) （計(jì)算機(jī)學(xué)院）課內(nèi)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱： 專業(yè)名稱： 軟件工程班 級(jí)： 1101班 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)（8位）： 04113027指導(dǎo)教師： 舒新峰實(shí)驗(yàn)日期： 2013年12月5日一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)環(huán)境（一） 實(shí)驗(yàn)環(huán)境Linux 操作系統(tǒng)（2） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)1 掌握Linux基本命令 和開發(fā)環(huán)境1. 掌握常用的Linux shell命令；2. 掌握編輯環(huán)境VIM；3. 掌握編譯環(huán)境gcc及跟蹤調(diào)試工具gdb。實(shí)驗(yàn)2 進(jìn)程通過(guò)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，深入理解進(jìn)程及進(jìn)程在調(diào)度執(zhí)行和內(nèi)存空間等方面的特點(diǎn)，掌握在POSIX 規(guī)范中fork和kill系統(tǒng)調(diào)用的功能和使用。實(shí)驗(yàn)3 線程 通過(guò)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，深入理解線程及線程在調(diào)度執(zhí)行和內(nèi)存空間等方面的特點(diǎn)，并掌握線程與進(jìn)程的區(qū)別。掌握POSIX 規(guī)范中pthread_create() 函數(shù)的功能和使用方法。 實(shí)驗(yàn)4 互斥通過(guò)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，深入理解理解互斥鎖的原理及特點(diǎn)掌握在POSIX 規(guī)范中的互斥函數(shù)的功能及使用方法。2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)21. 你最初認(rèn)為運(yùn)行結(jié)果會(huì)怎么樣？答：會(huì)持續(xù)輸出0-9號(hào)進(jìn)程，直到輸入數(shù)字鍵+回車，則會(huì)殺死該進(jìn)程，接下來(lái)的輸出將不會(huì)有該進(jìn)程號(hào)，當(dāng)輸入q+回車，則退出程序。2. 實(shí)際的結(jié)果什么樣？有什么特點(diǎn)？試對(duì)產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析。答：實(shí)際的結(jié)果與預(yù)期差不多。因輸入進(jìn)程總數(shù)20大于設(shè)定的最大進(jìn)程數(shù)，因此按進(jìn)程數(shù)10來(lái)處理。隨機(jī)輸出0-9號(hào)進(jìn)程，sleep(SLEEP_INTERVAL)，循環(huán)輸出，輸入數(shù)字鍵，則會(huì)殺死該數(shù)字對(duì)應(yīng)的進(jìn)程，直到輸入q退出循環(huán)，然后殺死本組所有進(jìn)程。分析：每創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程時(shí)，將其pid存儲(chǔ)在pidi中，i存儲(chǔ)在proc_number，然后調(diào)用死循環(huán)函數(shù)do_something()，輸出該進(jìn)程的代號(hào)proc_number；當(dāng)輸入數(shù)字鍵時(shí)，主進(jìn)程會(huì)執(zhí)行kill(pidch-0,SIGTERM)，從而殺死（ch-0）號(hào)進(jìn)程。當(dāng)輸入q時(shí)循環(huán)退出，kill(0,SIGTERM)，殺死本組所有進(jìn)程。程序退出。3. proc_number這個(gè)全局變量在各個(gè)子進(jìn)程里的值相同嗎？為什么？答：proc_number這個(gè)全局變量在各個(gè)子進(jìn)程里的值相同，因?yàn)樽舆M(jìn)程相互獨(dú)立，資源互不影響。4. kill命令在程序中使用了幾次？每次的作用是什么？執(zhí)行后的現(xiàn)象是什么？答：kill命令在程序中使用了2次：kill(pidch-0,SIGTERM)和kill(0,SIGTERM);第一次是殺死該進(jìn)程號(hào)pidch-0，執(zhí)行后接下來(lái)的結(jié)果中不會(huì)有該進(jìn)程號(hào)，用另一個(gè)終端打開，使用命令ps aux | grep process，因?yàn)樽舆M(jìn)程先于父進(jìn)程退出，則被殺死的進(jìn)程為僵死狀態(tài)，但我加了行代碼wait(&pidch-0)，就會(huì)使該子進(jìn)程真正結(jié)束。第二次是殺死本組所有進(jìn)程。即主進(jìn)程以及它創(chuàng)建的所有子進(jìn)程。執(zhí)行后程序退出，進(jìn)程結(jié)束。5. 使用kill命令可以在進(jìn)程的外部殺死進(jìn)程。進(jìn)程怎樣能主動(dòng)退出？這兩種退出方法哪種更好一些。答：進(jìn)程在main函數(shù)中return，或調(diào)用exit()函數(shù)都可以正常退出。而使用kill命令則是異常退出。當(dāng)然是正常退出比較好，若在子進(jìn)程退出前使用kill命令殺死其父進(jìn)程，則系統(tǒng)會(huì)讓init進(jìn)程接管子進(jìn)程。當(dāng)用kill命令使得子進(jìn)程先于父進(jìn)程退出時(shí)，而父進(jìn)程又沒(méi)有調(diào)用wait函數(shù)等待子進(jìn)程結(jié)束，子進(jìn)程處于僵死狀態(tài)，并且會(huì)一直保持下去，直到系統(tǒng)重啟。子進(jìn)程處于僵死狀態(tài)時(shí)，內(nèi)核只保存該進(jìn)程的必要信息以被父進(jìn)程所需，此時(shí)子進(jìn)程始終占著資源，同時(shí)減少了系統(tǒng)可以創(chuàng)建的最大進(jìn)程數(shù)。實(shí)驗(yàn)31. 你最初認(rèn)為前三列數(shù)會(huì)相等嗎？最后一列斜杠兩邊的數(shù)字是相等，還是大于或者小于關(guān)系？答：我認(rèn)為前三列數(shù)不會(huì)相等，因?yàn)槿齻€(gè)線程運(yùn)行次數(shù)是隨機(jī)的，結(jié)果不可預(yù)料，當(dāng)然counteri值不會(huì)一定相等。而我認(rèn)為main_counter與sum值應(yīng)該是相等的。因?yàn)槎际侨齻€(gè)線程的counter之和。2. 最后的結(jié)果如你所料嗎？有什么特點(diǎn)？試對(duì)原因進(jìn)行分析。答：實(shí)驗(yàn)結(jié)果是前三列數(shù)確實(shí)不相等。不過(guò)main_counter與sum的值也不相等，main_counter < sum。經(jīng)分析討論得出解釋：因?yàn)槿齻€(gè)線程在共同爭(zhēng)取運(yùn)行thread_worker()函數(shù)，比如main_counter初值為0，pthread_id0執(zhí)行之后main_counter+1，此時(shí)還未來(lái)得及將值賦給main_counter，這時(shí)的main_counter還是0；pthread_id1也執(zhí)行這個(gè)函數(shù)，main_counter+1，若此時(shí)在1號(hào)線程將main_counter+1的值還未賦給main_counter，即這時(shí)的main_counter還是0，pthread_id2也來(lái)執(zhí)行這個(gè)函數(shù)，main_counter+1，此時(shí)三個(gè)線程才將加完之后的值賦給main_counter，則main_counter=0+1=1，而真正執(zhí)行次數(shù)sum=0+1+1+1=3。main_counter < sum。3. thread的cpu占有率是多少？為什么會(huì)這樣？答：thread的CPU占用率在我的機(jī)子上執(zhí)行結(jié)果是147，因?yàn)槿齻€(gè)線程是無(wú)限循環(huán)的運(yùn)行，使得cpu占用率很高。4. thread_worker（）內(nèi)飾死循環(huán)，它是怎么退出的？你認(rèn)為這樣退出好嗎？答： thread_worker()函數(shù)內(nèi)是死循環(huán)，退出時(shí)因?yàn)橹骱瘮?shù)中設(shè)置的輸入q時(shí)循環(huán)退出。輸入q時(shí)主進(jìn)程執(zhí)行退出，return 退出程序，則子線程也強(qiáng)制退出。這樣退出不好。實(shí)驗(yàn)41. 你預(yù)想deadlock.c的運(yùn)行結(jié)果會(huì)如何？答：程序運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)中止現(xiàn)象，可能會(huì)資源互斥。2. 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果如何？多次運(yùn)行每次的現(xiàn)象都一樣嗎？為什么會(huì)這樣？答：實(shí)際運(yùn)行時(shí)程序會(huì)在運(yùn)行期間中止，出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。多次運(yùn)行之后現(xiàn)象都一樣。原因是：主線程申請(qǐng)mutex1資源，而子線程申請(qǐng)mutex2資源，此時(shí)主線程繼續(xù)申請(qǐng)mutex2資源，子線程來(lái)申請(qǐng)mutex1資源，而mutex2資源還未被子線程釋放，主線程無(wú)法申請(qǐng)到，同樣的，mutex1資源未被主線程釋放則子線程也無(wú)法申請(qǐng)到，此時(shí)便處于無(wú)限循環(huán)等待，形成死鎖。3 方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2 進(jìn)程學(xué)習(xí)man命令的用法，通過(guò)它查看fork和kill系統(tǒng)調(diào)用的在線幫助，并閱讀參考資料，學(xué)習(xí)fork與kill的用法。補(bǔ)全程序代碼，調(diào)試運(yùn)行，觀察并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)3 線程閱讀參考資料，了解線程的創(chuàng)建等相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用。補(bǔ)全程序代碼，調(diào)試運(yùn)行，觀察并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)4 互斥準(zhǔn)備好上節(jié)實(shí)驗(yàn)3完成的程序。閱讀參考資料，了解互斥鎖的加鎖機(jī)制及相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用。找到實(shí)驗(yàn)3程序的代碼臨界區(qū)，用臨界區(qū)解決main_counter 與sum 不同步的問(wèn)題。4 測(cè)試數(shù)據(jù)及運(yùn)行結(jié)果五總結(jié)在本次實(shí)驗(yàn)中，我不僅學(xué)會(huì)了創(chuàng)建進(jìn)程命令fork和殺死進(jìn)程命令kill，還了解了函數(shù)int pthread_create(pthread_t *thread,pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *),void *arg)的使用方法，并且大致掌握了PTHREAD_MUTEX_NORMAL，PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK，PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE和PTHREAD_MUTEXT_DEFAULT等線程互斥鎖的類型。重新理解了互斥與同步的概念以及死鎖及其相關(guān)內(nèi)容。是的我對(duì)操作系統(tǒng)這門課程有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。六附錄：源代碼（電子版）