Linux操作系統課程設計

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中國地質大學（武漢）計算機學院計算機科學與技術專業本科生《操作系統概論》課程設計（作記錄）。

1. 課程設計要求

按時參加上機實習，不得曠課、遲到、早退。

每個學生需在 Linux 下用 C 語言完成六道上機實習題。

每個學生需獨立完成上機實習，不得相互抄襲。如發現抄襲者和被抄襲者成績均不及格。

每個學生需在實習結束一周內將實習報告和源程序提交到班級學習委員，再由學習委員打包發到老師的郵箱，用于檢查是否存在抄襲現象，郵件中請注明學生的班級和姓名。

每個學生需在實習結束一周內提交紙質實習報告一份。應包括如 下內容: 1）課程設計題目 2）程序功能及設計思路 3）數據結構及算法設計 4）程序運行情況 5）編程中遇到的困難及解決方法、實習心得或良好建議。

2. 評分

考勤占 20%，上機驗收占 40%，實習報告占 40%。

抄襲程序者和被抄襲程序者，課程設計成績不及格。

抄襲報告者和被抄襲報告者，課程設計成績不及格。前六次上機每次完成一道實習題，最后兩次上機組織驗收。

3. 上機時間地點

• 17 周 (12 月 25-29 日）周二下午、周四下午、周五上午，晚上。
• 18 周 (元月 1-5 日）周二下午、周三下午，晚上 。

• 前 7 次地點：12 班在 313 機房（Fedora） 34 班在 413 機房（Ubuntu）
• 最后一次上機： 12 班：18 周周四 晚上 34 班：18 周周五 晚上

地點：313 機房（Fedora） 上午 8:30-11:30 下午 2:00-5:00 晚上 6:30-9:30

開機時進入 Linux 系統，默認使用用戶名：suer，密碼：123456。若默認密碼登錄不了，可能是被同學修改過了，換一臺電腦使用。請同學們千萬不要修改系統登錄密碼。若有同學自己的筆記本電腦已經裝了 Linux，歡迎自帶電腦上機實習。

4. 每次上機實習前先自學預備知識，并在作業本上編寫初步的源程序。

5. 課程設計題目課程設計分六個實驗，具體如下

5.1 實驗 1：作業調度

5.1.1 實驗目的

對作業調度的相關內容作進一步的理解。

明白作業調度的主要任務。

通過編程掌握作業調度的主要算法。

5.1.2 實驗內容

1、假設系統中可同時運行兩道作業，給出每道作業的到達時間和運行時間，如下表所示：

作業名ABCDEFGHIJ

到達時間	0	2	5	7	12	15	4	6	8	10
運行時間	10	20	30	40	8	8	20	10	12	7

2、分別用先來先服務算法、短作業優先和響應比高者優先三種算法給出作業的調度順序。

3、計算每一種算法的平均周轉時間及平均帶權周轉時間并比較不同算法的優劣。

5.1.3 預備知識

響應比=等待時間/運行時間+1

周轉時間=完成時間-到達時間 帶權周轉時間=周轉時間/運行時間

5.1.4 源代碼

#include <iostream> #include <string> #include <fstream> #include <vector>using namespace std;struct Work {char name;//作業名稱double arrive;//到達時間點double run;//運行時間Work() {}Work(char n, double a, double t) :name(n), arrive(a), run(t) {}Work operator =(const Work &rhs){this->name = rhs.name;this->arrive = rhs.arrive;this->run = rhs.run;return *this;} };vector<Work> gWork;//存放所有的作業信息 double sum_turn, sum_dturn;//總的周轉時間和帶權周轉時間void ReadFile();//從txt文本中讀取作業調度信息 void Output();//輸出結果 void Dispatch();//調度過程中的數據處理 void Fcfs();//先來先服務算法 void Sjf();//短作業優先算法 void Hrf();//高響應比優先算法int main() {ReadFile();cout << "先來先服務算法：" << endl;Fcfs();cout << "短作業優先算法：" << endl;Sjf();cout << "高響應比算法：" << endl;Hrf();return 0; }//從文本中讀取作業調度信息 void ReadFile() {ifstream ifile;ifile.open("/home/jason/文檔/OS/Pro_1/data.txt");if (!ifile){cout << "文件打開失敗！" << endl;return;}char name;double arrive;double run;while (ifile >> name >> arrive >> run){gWork.push_back(Work(name, arrive, run));}ifile.close(); }//輸出結果 void Output() {cout << "作業調度順序：";for (unsigned i = 0; i < gWork.size(); ++i)cout << gWork[i].name << " ";cout << endl;cout << "平均周轉時間：" << sum_turn / gWork.size() << endl;cout << "平均帶權周轉時間：" << sum_dturn / gWork.size() << endl;cout << endl; }//調度過程中的數據處理 void Dispatch() {unsigned n = static_cast<unsigned>(gWork.size());double t1 = 0, t2 = 0;//同時運行兩個作業，設置兩個時間軸以記錄各個作業完成情況sum_turn = 0;//初始化sum_dturn = 0;for (unsigned i = 0; i < n; ++i){if (t1 > t2)//表明t1有作業時t2空閑{if (t2 < gWork[i].arrive)t2 += gWork[i].arrive;t2 = t2 + gWork[i].run;sum_turn = sum_turn + t2 - gWork[i].arrive;sum_dturn = sum_dturn + (t2 - gWork[i].arrive) / gWork[i].run;}else{if (t1 < gWork[i].arrive)t1 += gWork[i].arrive;t1 = t1 + gWork[i].run;sum_turn = sum_turn + t1 - gWork[i].arrive;sum_dturn = sum_dturn + (t1 - gWork[i].arrive) / gWork[i].run;}} }//先來先服務算法 void Fcfs() {unsigned n = static_cast<unsigned>(gWork.size());//按照來到的時間點排序，升序Work temp;for (unsigned i = 0; i < n; ++i){for (unsigned j = 0; j < n - i - 1; ++j){if (gWork[j].arrive > gWork[j + 1].arrive){temp = gWork[j + 1];gWork[j + 1] = gWork[j];gWork[j] = temp;}}}Dispatch();Output(); }//短作業優先算法 void Sjf() {unsigned n = static_cast<unsigned>(gWork.size());//按照作業運行時間的長短排序，升序Work temp;for (unsigned i = 0; i < n; ++i){for (unsigned j = 0; j < n - i - 1; ++j){if (gWork[j].run > gWork[j + 1].run){temp = gWork[j + 1];gWork[j + 1] = gWork[j];gWork[j] = temp;}}}Dispatch();Output(); }//高響應比優先算法 void Hrf() {int n = static_cast<int>(gWork.size());//按照來到的時間點排序，升序Work temp;for (int i = 0; i < n; ++i){for (int j = 0; j < n - i - 1; ++j){if (gWork[j].arrive > gWork[j + 1].arrive){temp = gWork[j + 1];gWork[j + 1] = gWork[j];gWork[j] = temp;}}}vector<Work> temp_work;for (int i = 0; i < n; ++i)temp_work.push_back(gWork[i]);gWork.clear();sum_turn = 0;//初始化sum_dturn = 0;double t1 = 0, t2 = 0;//同時運行兩個作業，設置兩個時間軸以記錄各個作業完成情況int i = 0, flag = 0;n = static_cast<int>(temp_work.size());double max_rate = 0, rate = 0;//運行第一個作業for (i = 0; i < n; ++i){//rate = wait / run + 1rate = (temp_work[n - 1].arrive - temp_work[i].arrive) / temp_work[i].run + 1;if (max_rate < rate){max_rate = rate;flag = i;}}t1 = temp_work[flag].arrive + temp_work[flag].run;sum_turn = t1 - temp_work[flag].arrive;sum_dturn = (t1 - temp_work[flag].arrive) / temp_work[flag].run;gWork.push_back(temp_work[flag]);temp_work.erase(temp_work.begin() + flag);//已經運行的作業要刪去//運行剩下的作業while (!temp_work.empty()){n = static_cast<int>(temp_work.size());flag = 0;max_rate = 0;rate = 0;if (t1 > t2)//表明t1有作業時t2空閑{//運行第二個作業if (t2 == 0){for (i = 0; i < n; ++i){//rate = wait / run + 1rate = (temp_work[n - 1].arrive - temp_work[i].arrive) / temp_work[i].run + 1;if (max_rate < rate){max_rate = rate;flag = i;}}t2 = temp_work[flag].arrive + temp_work[flag].run;sum_turn = t2 - temp_work[flag].arrive;sum_dturn = (t2 - temp_work[flag].arrive) / temp_work[flag].run;gWork.push_back(temp_work[flag]);temp_work.erase(temp_work.begin() + flag);//已經運行的作業要刪去continue;}for (i = 0; i < n; ++i){if (temp_work[i].arrive <= t2){rate = (t2 - temp_work[i].arrive) / temp_work[i].run + 1;if (max_rate < rate){max_rate = rate;flag = i;}}elsebreak;}t2 += temp_work[flag].run;sum_turn = sum_turn + t2 - temp_work[flag].arrive;//turn = finish - arrivesum_dturn = sum_dturn + (t2 - temp_work[flag].arrive) / temp_work[flag].run;gWork.push_back(temp_work[flag]);temp_work.erase(temp_work.begin() + flag);//已經運行的作業要刪去}else{for (i = 0; i < n; ++i){if (temp_work[i].arrive <= t1){rate = (t1 - temp_work[i].arrive) / temp_work[i].run + 1;if (max_rate < rate){max_rate = rate;flag = i;}}elsebreak;}t1 += temp_work[flag].run;sum_turn = sum_turn + t1 - temp_work[flag].arrive;//turn = finish - arrivesum_dturn = sum_dturn + (t1 - temp_work[flag].arrive) / temp_work[flag].run;gWork.push_back(temp_work[flag]);temp_work.erase(temp_work.begin() + flag);//已經運行的作業要刪去}}Output(); }

數據：

A 0 7 B 2 10 C 5 20 D 7 30 E 12 40 F 15 8 G 4 8 H 6 20 I 8 10 J 10 12

5.2 實驗 2：磁盤調度

5.2.1 實驗目的

對磁盤調度的相關知識作進一步的了解，明確磁盤調度的原理。

加深理解磁盤調度的主要任務。

通過編程，掌握磁盤調度的主要算法。

5.2.2 實驗內容

對于如下給定的一組磁盤訪問進行調度：

請求服務到達ABCDEFGHIJKLMN

訪問的磁道號	50	100	180	20	90	150	70	80	101	60	120	40	110	30
請求服務到達	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M	N

要求分別采用先來先服務、最短尋道優先以及電梯調度算法進行調度。

要求給出每種算法中磁盤訪問的順序，計算出平均移動道數。

假定當前讀寫頭在 90 號，向磁道號增加的方向移動。

5.2.3 源代碼

#include <iostream> #include <fstream> #include <vector> #include <cmath> #include <stdlib.h>using namespace std;struct Disk {char name;//請求服務到達序號int number;//訪問的磁道號Disk() {}Disk(char n, int num):name(n), number(num){}Disk operator =(const Disk& rhs){this->name = rhs.name;this->number = rhs.number;return *this;} };const int StartNum = 90;//開始磁道號為90vector<Disk> gDisk;//存儲請求服務到達的序列 vector<char> track;//磁道訪問順序 vector<int> MoveDistance;//移動距離 //int FindOrder[MaxNumber];//尋號序列 double TotalDistance;//總共尋到長度 bool direction;//方向，true為向外，false為向內void Readfile();//從txt文件中讀取請求服務信息 void Sortnum();//根據磁盤號進行排序，升序 void Fcfs();//先來先服務算法 void Sstf();//最短尋道優先算法 void Scan();//電梯調度算法，也是掃描算法 void Output();//輸出結果int main() {Readfile();Fcfs();Sstf();Scan();return 0; }void Readfile() {ifstream ifile;ifile.open("/home/jason/文檔/OS/Pro_2/data.txt");if(!ifile){cout << "文檔打開失敗！" << endl;exit(1);}char name;int num;while(ifile >> name >> num)gDisk.push_back(Disk(name, num));ifile.close(); } void Sortnum() {int i(0), j(0);int n = static_cast<int>(gDisk.size());Disk temp;for(i = 0; i < n; ++i){for(j = 0; j < n - i - 1; ++j){if(gDisk[j].number > gDisk[j + 1].number){temp = gDisk[j + 1];gDisk[j + 1] = gDisk[j];gDisk[j] = temp;}}} }//先來先服務算法 void Fcfs() {int tempNum = StartNum;//尋道當前所在磁道號track.clear();MoveDistance.clear();int n = static_cast<int>(gDisk.size());//提出的申請數for(int i = 0; i < n; ++i){MoveDistance.push_back(abs(gDisk[i].number - tempNum));track.push_back(gDisk[i].name);tempNum = gDisk[i].number;}cout << "###############先來先服務算法：###############" << endl;Output(); } //最短尋道優先算法 void Sstf() {int tempNum = StartNum;//尋道當前所在磁道號track.clear();MoveDistance.clear();vector<Disk> temp_disk;int MinNum = 9999;//最短尋道數int flag = 0;//做標記int n = static_cast<int>(gDisk.size());//提出的申請數for(int i = 0; i < n; ++i){temp_disk.push_back(gDisk[i]);}while(!temp_disk.empty()){MinNum = 9999;int num = 0;//臨時存儲尋道數flag = 0;n = static_cast<int>(temp_disk.size());for(int i = 0; i < n; ++i){num = abs(temp_disk[i].number - tempNum);if(MinNum > num){MinNum = num;flag = i;}}track.push_back(temp_disk[flag].name);//記錄第一個尋道號tempNum = temp_disk[flag].number;MoveDistance.push_back(MinNum);//記錄第一個尋道距離temp_disk.erase(temp_disk.begin() + flag);//已訪問的刪去}cout << "###############最短尋道優先服務算法：###############" << endl;Output(); }//電梯調度算法 void Scan() {track.clear();MoveDistance.clear();//按磁道號進行排序，升序Sortnum();int n = static_cast<int>(gDisk.size());vector<Disk> temp_disk;for(int i = 0; i < n; ++i)temp_disk.push_back(gDisk[i]);int tempNum = StartNum;int flag(0);for(int i = 0; i < n; ++i){if(temp_disk[i].number < tempNum)continue;else{flag = i;break;}}//最開始是向外尋道for(int i = flag; i < n; ++i){track.push_back(temp_disk[i].name);MoveDistance.push_back(temp_disk[i].number - tempNum);tempNum = temp_disk[i].number;}//然后向里尋道for(int i = flag - 1; i >= 0; --i){track.push_back(temp_disk[i].name);MoveDistance.push_back(tempNum - temp_disk[i].number);tempNum = temp_disk[i].number;}cout << "###############電梯調度算法：###############" << endl;Output();} //輸出結果 void Output() {int n = static_cast<int>(gDisk.size());//提出的申請數TotalDistance = 0;cout << "尋道序號：" << " " << "尋道長度："<<endl;for(int i = 0; i < n; ++i){cout << track[i] << " "<< MoveDistance[i] << endl;TotalDistance += MoveDistance[i];}cout << "平均尋道長度：" << (static_cast<double>(TotalDistance) / n) << endl;cout << endl; }

數據：

A 30 B 50 C 100 D 180 E 20 F 90 G 150 H 70 I 80 J 10 K 160 L 120 M 40 N 110

5.3 實驗 3：熟悉 linux 文件系統調用

5.3.1 實驗目的

掌握 linux 提供的文件系統調用的使用方法；

熟悉文件系統的系統調用用戶接口；

了解操作系統文件系統的工作原理和工作方式。

5.3.2 實驗內容

使用文件系統調用編寫一個文件工具 filetools，使其具有以下功能：

1.創建新文件 2.寫文件 3.讀文件 4.修改文件權限 5.查看當前文件權限 0.退出

提示用戶輸入功能號，并根據用戶輸入的功能選擇相應的功能。 文件按可變記錄文件組織，具體記錄內容自行設計。

5.3.3 預備知識

用戶在針對文件進行操作之前時一定要先打開它，這是由于系統需要根據用戶提供的參數來查找文件 的目錄項，并由目錄項找到文件的磁盤 i 結點，再將它調到內存 i 結點，才能建立用戶進程與該文件之間的聯系。

同樣，在文件操作完畢后要關閉文件，以切斷用戶進程與文件的聯系，釋放相關資源。

Open 系統調用

int open(const char *path, int flags); int open(const char *path, int flags,mode_t mode);

一般情況下使用兩個參數的格式，只有當打開的文件不存在時才使用 3 個參數的格式。參數：

• Path 指向所要打開的文件的路徑名指針。
• Flag 標志參數，用來規定打開方式，必須包含以下 3 個之一：
  • O_RDONLY 只讀方式
  • O_WRONLY 只寫方式
  • O_RDWR 讀寫方式
• 利用按位邏輯或“|”對下列標志進行任意組合：
  • O_CREAT 如果文件不存在則創建該文件，若存在則忽略。
  • O_TRUNC 如果文件存在則將文件長度截為 0，屬性和所有者不變。
  • C_EXECL 如果文件存在且O_CREAT 被設置則強制 open 調用失敗。
  • O_APPEND 每次寫入時都從文件尾部開始。
• Mode 是文件的訪問權限，分為文件所有者、文件用戶組和其他用戶。

Close 系統調用

對于一個進程來說可以同時打開的文件是有限的，為了使文件標識符能夠及時釋放，系統必須提供關閉文件操作。

Int close(int fd)

• Fd 為打開文件時系統返回的文件標識符。
• 系統執行該系統調用時，根據 fd 值在該進程的進程打開文件表中找到 fd 標識，根據指針找到系統打開 文件表，再找到內存i 結點表中相應的 i 結點，對其i_count 進行減 1 操作， 然后釋放系統打開文件表中的表項和進程打開文件表的表項。
• 結果：調用成功返回 0。

5.3.4 源代碼

#include <string.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <fcntl.h>//flag標志參數 #include <sys/stat.h>//文件權限標志位 #include <sys/types.h>#define MAX 10000 int fd;//打開文件時系統返回的文件標識符 char *FileName;//要創建的文件名void Menu();//顯示主界面菜單 void CreateFile();//創建新文件 void WriteFile();//寫文件 void ReadFile();//讀文件 void ModifyPermission();//修改文件權限 void ShowPermission();//查看文件權限int main() {int select = 0;printf("########歡迎使用文件工具FileTools#######\n");while(1){Menu();scanf("%d", &select);switch (select) {case 0:close(fd);return 0;case 1:CreateFile();break;case 2:WriteFile();break;case 3:ReadFile();break;case 4:ModifyPermission();break;case 5:ShowPermission();break;default:printf("輸入有誤！請重新輸入：\n");}}return 0; }void Menu() {printf("########################################\n");printf("########1.創建新文件####################\n");printf("########2.寫文件########################\n");printf("########3.讀文件########################\n");printf("########4.修改文件權限##################\n");printf("########5.查看文件權限##################\n");printf("########0.安全退出######################\n");printf("請選擇：\n"); }//創建新文件 void CreateFile() {char name[32];printf("請輸入要創建的文件名：\n");scanf("%s", name);FileName = name;//O_RDWR：讀寫方式//O_TRUNC：如果文件存在則將文件長度截為0，屬性和所有者不變//O_CREAT：如果文件不存在則創建該文件，若存在則忽略fd = open(FileName, O_RDWR|O_TRUNC|O_CREAT, 0750);if(fd < 0)perror("Create");else{printf("文件創建成功！\n");printf("fd =%d\n", fd);//打印文件的fdclose(fd);//關閉文件} }//寫文件 void WriteFile() {char name[32];printf("請輸入要寫入信息的文件名：\n");scanf("%s", name);FileName = name;char buffer[MAX];//存取寫入的信息fd = open(FileName, O_WRONLY|O_APPEND);if(fd < 0){perror("Write");return;}printf("請輸入要寫入的信息：\n");int num = read(0,buffer, MAX);//讀取輸入信息，0表示標從鍵盤標準輸入write(fd, buffer, num);//將讀入的信息寫入文件printf("文件寫入成功！\n");close(fd);//關閉文件 }//讀文件 void ReadFile() {char buffer[MAX];char name[32];printf("請輸入要讀取的文件名：\n");scanf("%s", name);FileName = name;fd = open(FileName,O_RDONLY);if(fd < 0){perror("Wrong");return;}int num = read(fd, buffer, MAX);printf("\n");write(1, buffer, num);//向顯示屏輸出，1表示標準輸出printf("\n文件讀取成功！\n");close(fd); }//修改文件權限 void ModifyPermission() {char name[32];printf("請輸入要修改權限的文件名：\n");scanf("%s", name);FileName = name;fd = open(FileName, O_RDONLY);if(fd < 0){perror("Modify");return;}printf("0.所有者用戶讀寫執行\n");printf("1.所有者用戶只可讀\n");printf("2.所有者用戶只可寫\n");printf("3.所有者用戶只可執行\n");printf("4.用戶組讀寫執行\n");printf("5.用戶組只可讀\n");printf("6.用戶組只可寫\n");printf("7.用戶組只可執行\n");printf("請選擇0-7:");int select;scanf("%d", &select);switch (select){case 0:chmod(FileName, S_IRWXU);break;//文件所有者讀寫執行權限case 1:chmod(FileName, S_IRUSR);break;//文件所有者讀權限case 2:chmod(FileName, S_IWUSR);break;//文件所有者寫權限case 3:chmod(FileName, S_IXUSR);break;//文件所有者執行權限case 4:chmod(FileName, S_IRWXG);break;//文件所屬組讀寫執行權限case 5:chmod(FileName, S_IRGRP);break;//文件所屬組讀權限case 6:chmod(FileName, S_IWGRP);break;//文件所屬組寫權限case 7:chmod(FileName, S_IXGRP);break;//文件所屬執行權限default:printf("錯誤選擇！\n");}close(fd); }//查看文件權限 void ShowPermission() {//stat();獲取文件信息char name[32];printf("請輸入要修改權限的文件名：\n");scanf("%s", name);FileName = name;char *path = "/bin/ls";char *argv[4] = {"ls", "-l", FileName, NULL};execv(path, argv); }

5.4 實驗 4：進程管理

5.4.1 實驗目的

理解進程的概念，明確進程和程序的區別。

理解并發執行的實質。

掌握進程的同步、撤銷等進程控制方法。

5.4.2 實驗內容

• 父進程使用系統調用 pipe() 建立一個管道，然后使用系統調用 fork() 創建兩個子進程：子進程1和子進程2。

• 子進程1每隔1秒通過管道向子進程2發送數據：I send message x times.（x 初值為1，以后發送一 次后做加一操作）子進程 2 從管道讀出信息，并顯示在屏幕上。

• 父進程用系統調用 signal() 來捕捉來自鍵盤的中斷信號（即按Ctrl+C 鍵）；當捕捉到中斷信號后，父進程用系統調用 kill() 向兩個子進程發出信號，子進程捕捉到信號后分別輸出如下信息后終止： Child Process 1 is killed by Parent! Child Process 2 is killed by Parent!。

• 父進程等待兩個子進程終止后，釋放管道并輸出如下的信息后終止 Parent Process is Killed!。

5.4.3 源代碼

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <signal.h>#include <sys/types.h> #include <sys/wait.h>pid_t child1, child2;//兩個子進程 int fd[2]; void SignalHandler1(int iSignNo);//信號處理 void SignalHandler2(int iSignNo);int main() {int Count = 1;char buffer[40];char info[40];pid_t getpid();printf("Process Parent PID:%d\n", getpid());//創建無名管道，只能在父子或兄弟進程間通信//fd[0]只能用于讀,fd[1]只能用于寫if(pipe(fd) < 0){printf("管道創建失敗！\n");return -1;}//設置軟中斷信號SIGINT，終端輸入Ctrl+C，進程終止signal(SIGINT, SignalHandler1);//創建子進程1,2child1 = fork();if(child1 == 0) //子進程1{printf("Child Process 1 PID:%d\n", getpid());//設置忽略信號,如果不設置，在子進程運行過程直接Ctrl+C,會造成進程終止，//產生僵尸進程，因此需要在子進程中屏蔽，等子進程被父進程kill之后，再在//父進程中Ctrl+C使進程完全結束，就不會產生僵尸進程了signal(SIGINT, SIG_IGN);//設置信號SIGUSR1signal(SIGUSR1, SignalHandler2);while(1){close(fd[0]);sprintf(info, "I send message %d times", Count);//管道長度受到限制，管道寫滿時寫入操作將被阻塞，直到管道中的數據被讀取write(fd[1], info, 30);//發送數據至管道數據++Count;//計數器+1sleep(1);//睡眠1s}}else if(child1 > 0)//返回父進程{child2 = fork(); //父進程創建子進程2if(child2 == 0) //子進程2{printf("Child Process 2 PID:%d\n", getpid());//設置忽略信號signal(SIGINT, SIG_IGN);//設置信號SIGUSR1signal(SIGUSR2, SignalHandler2);while(1){close(fd[1]);//當數據被讀取后，數據將自動被管道清除//接受管道數據read(fd[0], buffer, 40);//顯示管道數據printf("%s\n", buffer);}}else //返回父進程{//等待子進程1,2退出waitpid(child1, NULL, 0);//printf("Child Process 1 is over!\n");waitpid(child2, NULL, 0);//printf("Child Process 2 is over!\n");//關閉管道close(fd[0]);close(fd[1]);printf("Parent Process is Killed!\n");}}return 0; }void SignalHandler1(int iSignNo) {printf("\nParent recive signal Ctrl+C\n");if(iSignNo == SIGINT)//傳遞SIGUSR信號給子進程{//SIGUSR1和SIGUSR2是用戶自定義信號，進程終止kill(child1, SIGUSR1);kill(child2, SIGUSR2);} }void SignalHandler2(int iSignNo) {close(fd[0]);close(fd[1]);if(child1 == 0 && iSignNo == SIGUSR1){printf("Child Process 1 is killed by Parent!\n");exit(0);}if(child2 == 0 && iSignNo == SIGUSR2){printf("Child Process 2 is killed by Parent!\n");exit(0);} }

5.5 實驗 5：請求分頁系統中的置換算法

5.5.1 實驗目的

了解虛擬存儲技術的特點；

掌握請求分頁系統的頁面置換算法。

5.5.2 實驗內容

1、通過如下方法產生一指令序列，共 320 條指令。

A. 在[0，319]的指令地址之間隨機選取一起點 M；
B. 順序執行一條指令，即執行地址為 M+1 的指令；
C. 在前地址[0，M+1]中隨機選取一條指令并執行，該指令的地址為 M1；
D. 順序執行一條指令，其地址為 M1+1；
E. 在后地址[M1+2，319]中隨機選取一條指令并執行，該指令的地址為 M2；
F. 順序執行一條指令，其地址為 M2+1；
G. 重復A—F，直到執行 320 次指令。

2、指令序列變換成頁地址流，設 ：

（1）頁面大小為1K；
（2） 用戶內存容量為 4 頁到 32 頁,步長為 1；
（3）用戶虛存容量為 32K。在用戶虛存中，按每頁存放10 條指令排列虛存地址，即 320 條指令在虛存中的存放方式為： 第0條—第9條指令為第0頁（對應虛存地址為[0，9]）；第10條—第19條指令為第1頁（對應虛存地址為[10，19]） ； …………………… 第310條—第319條指令為第31頁（對應虛存地址為[310，319]） ；

按以上方式，用戶指令可組成 32 頁。

3、計算并輸出下述各種算法在不同內存容量下的命中率。

A. 先進先出（FIFO）頁面置換算法
B. 最近最久未使用（LRU）頁面置換算法–最近最少使用算法
C. 最佳（Optimal）頁面置換算法

5.5.3 源代碼

#include<iostream> #include<ctime> #include<cstdlib>using namespace std;int N = 3;//內存 int Process[320];//頁面隊列 int Memory[32];//塊數 int OPTQueue[320];//OPT算法的隊列 int FIFOQueue[320];//FIFO算法隊列 int LRUQueue[320];//LRU算法隊列 int ttime[320];//設置的一個時間標志，FIFO算法時判斷哪個是最先進來的 int flag[320];//設置一個標志，LUR算法判斷哪個是最近最久未使用的 int ProcessNum;//頁面數 int id[320];//320個進程序列 int address[320];//zhilingzidian int Size = 0; int Randf(int l, int r) { return (rand() % (r - l + 1) + l); }void CreateProcess() {srand(static_cast<unsigned>(time(NULL)));Size = 0;for (int i = 0;i < 64;++i){int m = Randf(0, 319);id[Size++] = m + 1;m = Randf(0, m + 1);id[Size++] = m;id[Size++] = m + 1;m = Randf(m + 2, 319);id[Size++] = m;id[Size++] = m + 1;}cout << "指令序列：" << endl;for (int i = 0;i < Size;++i)cout << id[i] << " ";cout << endl; }//OPT算法找到最長未使用的 int longest(int start) {int i;int count[320];for (int i = 0;i < 320;++i)count[i] = 0;for (int j = 0;j < N;++j){for (i = start + 1;i < ProcessNum;i++){if (Memory[j] != OPTQueue[i])count[j]++;if (Memory[j] == OPTQueue[i])break;}}int ti = -1, mmax = -1;for (int i = 0;i < N;++i){if (mmax < Memory[i]){mmax = Memory[i];ti = i;}}return ti; } //OPT 算法 void OPT() {int i, j, k;int num = N;for (i = 0;i < ProcessNum;i++){OPTQueue[i] = Process[i];}for (i = 0;i < N;i++){Memory[i] = OPTQueue[i];}for (i = N;i < ProcessNum; ++i){for (j = 0;j < N;j++){if (Memory[j] == OPTQueue[i])break;}if (j == N){k = longest(i);Memory[k] = OPTQueue[i];num++;}}cout << "命中次數：" << ProcessNum - num << endl;float str;str = (float)(ProcessNum - num) / ProcessNum;cout << "命中率=" << str * 100 << "%" << endl; } //FIFO算法找到最早進來的那個 int MaxTime() {int ti = -1, mmin = 100000;for (int i = 0;i<N;++i){if (mmin > ttime[i]){mmin = ttime[i];ti = i;}}return ti; } //FIFO算法 void FIFO() {int i, j, k;int num = N;for (i = 0;i<ProcessNum;i++){FIFOQueue[i] = Process[i];}for (i = 0;i<N;i++){Memory[i] = FIFOQueue[i];ttime[i] = i;}for (i = N;i<ProcessNum;i++){for (j = 0;j<N;j++){if (Memory[j] == FIFOQueue[i])break;}if (j == N){k = MaxTime();ttime[k] = i;Memory[k] = FIFOQueue[i];num++;}}cout << "命中次數：" << ProcessNum - num << endl;float str;str = (float)(ProcessNum - num) / ProcessNum;cout << "命中率=" << str * 100 << "%" << endl; } //LRU算法找到最近最久未使用的 int MinFlag() {int ti = -1, mmin = 100000;for (int i = 0;i < N;++i){if (mmin > flag[i]){mmin = flag[i];ti = i;}}return ti; } //LRU算法 void LRU() {int i, j, k;int num = N;for (i = 0;i<ProcessNum;i++){LRUQueue[i] = Process[i];}for (i = 0;i<N;i++){Memory[i] = LRUQueue[i];flag[i] = i;}for (i = N;i<ProcessNum;i++){for (j = 0;j<N;j++){if (Memory[j] == LRUQueue[i]){flag[j] = i;break;}}if (j == N){k = MinFlag();flag[k] = i;Memory[k] = LRUQueue[i];num++;}}cout << "命中次數：" << ProcessNum - num << endl;float str;str = (float)(ProcessNum - num) / ProcessNum;cout << "命中率=" << str * 100 << "%" << endl; } int main() {int i;while (N != 0) {cout << "-------------------頁面置換算法-------------------------" << endl;cout << "進程數：320" << endl;ProcessNum = 320;CreateProcess();//生成320個指令序列cout << "指令序列生成完畢" << endl << endl;for (i = 0;i < ProcessNum; ++i)Process[i] = id[i] / 10;N = 4;while (N != 1 && N != 0) {cout << "請輸入內存容量：[4-32]\n1 for 重新生成指令序列\n0 for 退出程序" << endl;cin >> N;if (N == 0 || N == 1)break;cout << "OPT最佳置換算法" << endl;OPT();cout << endl;cout << "FIFO先進先出頁面置換算法" << endl;FIFO();cout << endl;cout << "LRU最近最久未使用置換算法" << endl;LRU();cout << endl;}}return 0; }

5.6 實驗 6：進程通信

5.6.1 實驗目的

理解管道機制、消息緩沖隊列、共享存儲區機制進行進程間的通信；

理解通信機制。

5.6.2 實驗內容

編寫一主程序可以由用戶選擇如下三種進程通信方式：

使用管道來實現父子進程之間的進程通信：子進程向父進程發送自己的進程標識符，以及字符串 is sending a message to parent。父進程則通過管道讀出子進程發來的消息，將消息顯示在屏幕上，然后終止。

使用消息緩沖隊列來實現 client 進程和 server 進程之間的通信：server 進程先建立一個關鍵字為 SVKEY（如75）的消息隊列，然后等待接收類型為REQ （例如 1）的消息；在收到請求消息后，它便顯示字符串 serving for client 和接收到的 client 進程的進程標識數，表示正在為 client 進程服務；然后再向 client 進程發送應答消息， 該消息的類型是 client 進程的進程標識數，而正文則是 server 進程自己的標識 ID。client 進程則向消息隊列發送類型為 REQ 的消息（消息的正文為自己的進程標識 ID） 以取得 sever 進程的服務，并等待 server 進程發來的應答；然后顯示字符串 receive reply from 和接收到的 server 進程的標識 ID。

使用共享存儲區來實現兩個進程之間的進程通信：進程 A 創建一個長度為 512 字節的共享內存，并顯示寫入該共享內存的數據；進程 B 將共 享內存附加到自己的地址空間，并向共享內存中寫入數據。

5.6.3 源代碼

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <wait.h>#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/msg.h>struct msgform {long mtype;char mtext[250]; }msg;int msgqid, pid, *pint; void Menu(); void UsePipe();//使用管道實現父子進程之間的進程通信 void MessageDeque();//使用消息緩沖隊列實現C/S進程之間的通信 void Client(); void Server(); void ShareMemory();//使用共享存儲區來實現兩個進程之間的進程通信 void A(); void B(); int main() {printf("######歡迎使用“進程通信系統”######\n");while (1) {Menu();int select = 0;scanf("%d", &select);switch (select) {case 0:return 0;case 1:UsePipe();break;case 2:MessageDeque();break;case 3:ShareMemory();break;default:printf("您輸入的選擇無效，請重新輸入！\n");break;}}return 0; }void Menu() {printf("##################################\n");printf("1.管道實現父子進程通信\n");printf("2.消息隊列C/S進程通信\n");printf("3.共享存儲區的進程通信\n");printf("0.安全退出\n");printf("請選擇通信方式:\n");}void UsePipe() {int fd[2];//fd[0]用于讀,fd[1]用于寫pid_t child;pid_t parent = getpid();printf("Process Parent PID:%d\n", parent);if(pipe(fd) < 0){printf("管道創建失敗！\n");return;}child = fork();if(child == 0)//進入子進程{char info[40];close(fd[0]);sprintf(info, "PID:%d is sending a message to parent", getpid());write(fd[1], info, 40);sleep(1);//休眠1sexit(0);}else //返回主進程{close(fd[1]);char buffer[40];read(fd[0], buffer, 40);printf("%s\n", buffer);close(fd[0]);close(fd[1]);waitpid(child, NULL, 0);printf("Process child is over!\n");} }void MessageDeque() {int i = 0;while((i = fork()) == -1);//創建進程1if(!i)Server();while((i = fork()) == -1);//創建進程2if(!i)Client();wait(0);wait(0); } void Client() {msgqid = msgget(75, 0400);//打開75消息隊列pid = getpid();pint = (int *)msg.mtext;*pint = pid;msg.mtype = 1;//消息類型為1msgsnd(msgqid, &msg, sizeof(int), 0);//發送消息msgrcv(msgqid, &msg, 250, pid, 0);//接收消息printf("(client):reveice reply from pid=%d\n", *pint);exit(0); } void Server() {msgqid = msgget(75, 0400|IPC_CREAT);//創建75消息隊列msgrcv(msgqid, &msg, 250, 1, 0);//接收消息//把正文的內容傳給pint,并強制轉換類型pint = (int *)msg.mtext;pid = *pint;//獲得client進程標識數printf("(server):serving for client pid=%d\n", pid);msg.mtype = pid;//消息類型為client*pint = getpid();msgsnd(msgqid, &msg, sizeof(int), 0);//發送消息exit(0); }void ShareMemory() {//需要包含頭文件<sys/types.h>,<sys/ipc.h>,<sys/shm.h>//shmget函數創建或打開一個新區，返回一個共享存儲區ID//int shmget(key_t key, int size, int shmflg)//key:共享存儲區的名字,關鍵字,int型//size:共享存儲區的大小（以字節計）//shmflg:用戶設置的標志，如IPC_CREAT//IPC_CREAT 表示若系統中尚無指名的共享存儲區，//則由核心建立一個共享存儲區；如系統中已有共享存儲區，便忽略IPC_CREAT//成功返回共享內存的標識符；不成功返回-1，errno 儲存錯誤原因。pid_t a = 0;while ((a = fork()) == -1);if(!a)A();while ((a = fork()) == -1);if(!a)B();wait(0);wait(0); } void A() {int shmid = shmget(100, 512, 0777|IPC_CREAT);//創建共享存儲區char *addr = shmat(shmid, 0, 0);//獲取首地址printf("get:%s\n", addr);if(shmdt(addr) == 0)printf("A斷開鏈接成功！\n");exit(0); } void B() {int shmid = shmget(100, 512, 0777|IPC_CREAT);//打開共享存儲區char *message[] = {"B writes something!"};char *addr = shmat(shmid, 0, 0);//獲得共享存儲區首地址memset(addr, '\0', 512);//addr內容初始化strncpy(addr, message[0], 512);//向內存中寫信息if(shmdt(addr) == 0)printf("B斷開鏈接成功！\n");exit(0); }

6. 課程設計報告及源代碼

https://download.csdn.net/download/diligent_lee/85015283

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 操作系统课程设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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