操作系统实验一.ppt

操作系统实验课 主讲人: 仲志成 实验一 进程与线程 － Linux进程与线程通讯 实验目的 深刻理解线程和进程的概念，掌握线程与进程在组成成分上的差别，以及与其相适应的通讯方式和应用目标。 Linux系统的fork()保持了UNIX的经典语义，被创建进程具有独立于父进程的地址空间，二者之间的通讯通常可采用pipe机制。clone()是Linux系统特有的系统调用，可以通过参数确定父子之间是否共享存储空间等资源，在地址空间等资源共享的情况下clone实质相当于创建了一个轻进程或线程，这是clone的通常用法。实际在Linux系统中，fork以及用户级线程pthread都是基于clone实现的。 实验内容 以Linux系统进程和线程机制为背景，掌握fork()和clone()系统调用的形式和功能，以及与其相适应的高级通讯方式。由fork派生的子进程之间通过pipe通讯，由clone创建的线程之间通过共享内存通讯，对于后者需要考虑互斥问题。 以生产消费问题为例，通过实验理解fork()和clone()两个系统调用的区别。程序要求能够创建4个进程或线程，其中包括两个生产者和两个消费者，生产者和消费者之间能够传递数据。 实验准备 fork系统调用 pid=fork() 创建一个子进程，子进程是父进程的完整复制，正常返回值为非负整数，对于父进程来说该数大于0，是子进程的编号(pid)；对于子进程来说该数为0。正是利用反回值的差别可以决定二者不同的后继动作。 实验准备 使用fork函数的例子: if ((pid1=fork())==0) producer(1); 我们知道,fork函数在父进程中返回的是子进程号,故为非零值,跳出判断;而在子进程中返回的是0,故子进程执行producer函数. 实验准备 pipe系统调用 ret_val=pipe(fd); 参数定义为int fd[2]。创建一个管道文件，返回两个文件描述符fd[0]和fd[1]分别用于管道文件的读和写操作。管道文件创建后，可以被fork创建的子进程共享。 实验准备 使用pipe的例子: close(piepe_fd[0]); //关闭管道的读端 注: 只有已关闭的管道才能被使用. write(pipe_fd[1],w_buf,4); 将w_buf的前4个元素写入管道中. read(pipe_fd[0],r_buf,4); 将管道中的前4个元素读入r_buf中. 注: 由于pipe操作一般都比较慢,所以需要用sleep函数来等待一段时间. 实验准备 wait（等待子进程中断或结束） 定义函数 pid_t wait (int * status); 函数说明 wait()会暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束。如果在调用wait()时子进程已经结束，则wait()会立即返回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数status返回，而子进程的进程识别码也会一快返回。 参数: status可以设成NULL。子进程的结束状态值请参考waitpid()。 返回值: 如果执行成功则返回子进程识别码(PID)，如果有错误发生则返回-1。失败原因存于errno中。 实验准备 使用wait函数的例子 for(i=0;i4;i++) pid=wait(status); 由于之前创建了4个子进程,所以在这里需要等这四个进程都结束后才能退出,其中每个子进程结束,都会返回自己的进程号. 实验设计 (1) 用pipe()创建一个管道文件，然后用fork()创建两个生产进程和两个消费进程，它们之间通过pipe()传递信息。 (2) 修改程序,要求实现输出4个子进程的进程号. (3) 看看每次实验结果是否一样,想想为什么. Have Fun! 实验准备 clone系统调用 int clone(int (*fn)(void * arg), void *stack, int flags, void * arg); 其中fn是轻进程所执行的函数，stack是轻进程所使用的栈，flag是CLONE_VM, CLONE_FS, CLONE_FILES, CLONE_SIGHAND,CLONE_PID的组合，arg是调用过程的对应参数。Clone()的关键是flag的设定，CLONE_VM表示子进程共享父进程内存，CLONE_FS表示子进程共享父进程的文件系统，CLONE_SIGHAND表示子进程共享父进程的消息处理机制，CLONE_PID是指子进程继承父进程的id号。 实验准备 其他需要注意的问题: (1) 由于clone()函数不在标准库中,所以编译时需要加上-pthread选项(posix线程