中北大学
操作系统课程设计
说明书
学院、系：软件学院
专业：软件工程
学生姓名：学号：
设计题目：基于Linux的进程之间通信
实现信号量通信机制（哲学家进餐）起迄日期: 2015年12月28日- 2016年1月8日指导教师:何志英
2015 年12月25日
1需求分析
1.1小组的拿到的任务是：
设计内容：
(1) 实现管道通信，要求见P183习题（3）。
(2) 实现信号量通信机制，要求见P191习题（3）。
(3) 实现消息缓冲通信机制，要求见P197习题。
(4) 实现共享内存区通信机制，要求见P201习题（2）。
要求：
(1) 用Linux中进程控制系统调用函数来创建进程（线程）。
(2) 输出进程通信时同步的说明信息。
1.2小组分工我拿到的题目是：(2) 实现信号量通信机制，要求见P191习题（3）。
1.3题目的要求如下：
1.3.1.哲学家进餐问题描述：
设有5个哲学家，共享一张放有5把椅子和5把叉子的圆桌，每人分得一把椅子。哲学家们在肚子饥饿时才试图分两次从两边捡起两把叉子就餐。
条件：
1.每个人只有拿到两把叉子时，哲学家才能吃饭
2.如果叉子已在他人手上，则哲学家必须等到他人吃完后才能拿起叉子
3.任性的哲学家在自己未拿到两把叉子吃饭之前，绝不放下自己手中的叉子
1.3.2问题：
1.什么情况下5个哲学家全部都吃不上饭？
答：当5个哲学家每人手中都拿到了1把叉子（共5把），即不肯放下自己手中的叉子又想要得到左右邻居的叉子时，每个哲学家永远拿不到两把叉子，所有哲学家都在等待另一把叉子，就会导致这5个哲学家谁都吃不上饭。也就是产生死锁后的情况。
2.编程实现没有人饿死（永远拿不到两个叉子）的算法。
答：程序请看代码实现。
分析：没有人饿死，就是不允许出现死锁的情况（5个哲学家每人1把叉子）
1.3.3解决死锁的方法有三种：
1.至多允许四位哲学家同时去拿左边的叉子，最终保证至少有一位哲学家能够进餐，并且在用毕时能释放出他用过的两只叉子，从而使更多哲学家能够进餐；
2.规定当哲学家的左右两只叉子均可用时，才允许他拿起叉子进餐；
3.规定奇数号的哲学家先拿他左边的叉子，然后再去拿他右边的叉子，而偶数号哲学家则相反。五位哲学家都先竞争奇数号叉子，获得后再竞争偶数号叉子，最终总有一位哲学家会因为获得两只叉子而进餐。
1.3.4我采用的解决死锁问题的方法
我采用的解决死锁的方法是第二种，即在哲学家拿起叉子前先判断他左右邻居的情况，只要左右邻居中有一位正在进餐（叉子已经被邻居拿到，邻居进餐结束前自己无法获得其叉子），就不允许其拿起叉子进餐，这就可以预防死锁的情况发生。
1.4软件需要完成的功能：
按照题目要求，需要调用Linux操作系统函数使用信号量机制完成对哲学家进餐问题的求解，要求所有哲学家都能吃到食物，并且要防止哲学家在竞争叉子过程发生死锁。
程序应该包含如下功能：
1.哲学家思考功能：哲学家在进餐前和进餐后处于思考状态；
2.哲学家拿起叉子动能：哲学家进餐前需要拿起叉子，在这个过程中可能发生死锁，所以要在这个功能中编写防止死锁的方法；
3.哲学家进餐功能：哲学家拿起叉子后开始进餐；
4.哲学家放下叉子功能：哲学家用餐完毕，放下叉子，并通知其左右邻居；
5.执行P、V操作功能：由于要使用信号量机制，肯定会涉及到P、V操作
6.创建工作环境功能：包括建立共享内存区、连接进程和共享内存区、创建并初始化信号量集、创建子进程模拟5个哲学家等。
1.5软件设计的目的：
完成对哲学家进餐问题的求解，解决死锁问题。
1.6最终成果：
最终要提交的成果是：说明书、源程序（cpp文件）
2总体设计
2.1程序模块结构图：
图1 哲学家进餐问题程序模块结构图2.2程序流程图
2.2.1 总体流程图
图2 总体程序流程图
2.2.2哲学家进餐问题解决方案流程图
图3 哲学家进餐问题解决方案流程图
3．详细设计
3.1 包含必要的头文件
由于要调用Linux系统函数，所以要导入必要的头文件，需要导入的头文件如下：
3.2所有用到的常量、全局变量及宏定义
3.3联合体semun的定义
联合体semun用于在对信号量设置和修改值的时候作为semctl函数的最后一个参数。
3.4创建并初始化工作环境模块
3.4.1涉及到的Linux系统函数
在这个模块中，涉及到很多Linux系统函数的调用，以下是这些重要函数的解释：（1）shmget函数说明：
函数原型：int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)
函数作用：得到一个共享内存标识符或创建一个共享内存对象并返回共享内存标识符。
参数含义：
key：0(IPC_PRIVATE)：会建立新共享内存对象
大于0的32位整数：视参数shmflg来确定操作。
size：大于0的整数：新建的共享内存大小，以字节为单位
0：只获取共享内存时指定为0
shmflg：0：取共享内存标识符，若不存在则函数会报错
IPC_CREAT：当shmflg&IPC_CREAT为真时，如果内核中不存在键值与key相等的共享内存，则新建一个共享内存；如果存在这样的共享内存，返回此共享内存的标识符 IPC_CREAT|IPC_EXCL：如果内核中不存在键值与key相等的共享内存，则新建一个共享内存；如果存在这样的共享内存则报错
返回值：成功：返回共享内存的标识符出错：-1，错误原因存于error中
（2）shmat函数说明：
函数原型：void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg)
函数作用：连接共享内存标识符为shmid的共享内存，连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问
参数含义：shmid 共享内存标识符
shmaddr 指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置，直接指定为NULL让内核自己决定一个合适的地址位置
shmflg SHM_RDONLY：为只读模式，其他为读写模式
返回值：成功：附加好的共享内存地址出错：-1，错误原因存于errno中
（3）semget函数说明：
函数原型:int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
函数作用：获取与某个键关联的信号量集标识
参数含义：key：所创建或打开信号量集的键值。
nsems：创建的信号量集中的信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效。
semflg：调用函数的操作类型
返回值：成功返回信号量集的IPC标识符，失败返回-1
（4）信号量操作模板sem_op定义：
struct sembuf{
unsigned short sem_num;
short sem_op;
short sem_flg;
};
当sem_op.sem_op为-1时表示执行P操作，sem_op为1时表示执行V操作
3.4.2申请共享内存区
3.4.3连接共享内存区和进程
3.4.4创建信号量集并初始化信号量
3.5 实现P、V操作
3.5.1涉及到的Linux系统函数
（1）semop函数说明：
函数原型：int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); 函数作用：对信号量执行P、V操作
参数含义：semid：信号集的识别码，可通过semget获取（semget返回值）。
sops：信号量操作模板
nsops：信号操作结构的数量，恒大于或等于1
返回值含义：操作结果，正常返回值为0，错误返回-1
3.5.2实现P操作
3.5.3实现V操作
3.6实现哲学家进餐问题解决方案的主要算法3.6.1涉及到的linux系统函数
（1）sleep函数
函数原型：sleep(unsigned long);
函数作用：执行挂起一段时间
注意：sleep()单位为秒
3.6.2实现哲学家思考功能
3.6.2实现哲学家进餐功能
3.6.3实现哲学家拿起叉子功能
3.6.3.1实现拿起叉子前的试探操作（防止死锁算法）
3.6.3.2实现拿起叉子功能
3.6.4实现放下叉子功能
3.6.5将上述功能整合起来
3.7将所有模块连接在一起，形成一套完整的程序
为了方便最终的整合，将所有模块的整合调用放进一个单独的函数，供主函数调用，最终程序整合只需调用这个方法。
3.8编写主函数
3.9编写菜单
3.10运行结果
使用终端编译，结果如下：
4.心得体会
通过本次课程设计我学到了很多，下面谈一谈我的收获：
（1）团队合作方面：本次课程设计过程中由于我们分工明确，任务下达清楚，大家都知道自己该做什么，都朝着正确的方向在努力，所以收到了比较好的效果，效率也较高，这使我明白了，在以后的分工合作过程中，合理的分工和明确的任务的重要性。
（2）程序设计方面：本次课程设计过程中我遇到了很多挑战：
首先是来自题目的挑战，因为自己从来没用过Linux操作系统，所以看到题目后很担心自己会完不成任务，但是最后我还是下决心从0开始，网上的Linux版本花样繁多，不知道该选择那个号，历经很多次失败后，终于成功从网上下载了Red Hat Enterprise Linux 6版本并安装成功了程序的编译环境（gcc）和运行环境（Eclipse C++）,并成功编译了Linux 上的第一个C++程序。这次经历使我感受到了自学能力的重要性。在如今的环境下，IT技术更新速度飞快，所以自学能力就显得尤为重要，这次自学安装配置Linux环境，编译自己写的源代码的过程中我感觉到Linux的用法和Mac OS X操作系统十分相似，很多操作是相通的，这也体现了知识之间是相互联系的，因为Linux和Mac OS X操作系统使用的都是UNIX 内核，所以有所相似很正常。
其次是来自技术方面的挑战，很多之前在windows上使用的语句在linux下也发生了改变，导致我在做菜单的时候很多操作都不起作用，这提醒了我以后要注意程序的可移植性。
这次课设对我的帮助很大，今后我会再接再厉，努力做好每份程序。
实验六：进程间通信 实验目的： 学会进程间通信方式：无名管道，有名管道，信号，消息队列， 实验要求： （一）在父进程中创建一无名管道，并创建子进程来读该管道，父进程来写该管道（二）在进程中为SIGBUS注册处理函数，并向该进程发送SIGBUS信号（三）创建一消息队列，实现向队列中存放数据和读取数据 实验器材： 软件：安装了Linux的vmware虚拟机 硬件：PC机一台 实验步骤： （一）无名管道的使用 1、编写实验代码pipe_rw.c #include
//1、子进程先关闭了管道的写端 close(pipe_fd[1]); //2、让父进程先运行，这样父进程先写子进程才有内容读sleep(2); //3、读取管道的读端，并输出数据 if(read(pipe_fd[0],buf_r, r_num)<0) { printf(“read error!”); exit(-1); } printf(“%s\n”,buf_r); //4、关闭管道的读端，并退出 close(pipe_fd[1]); } else if(pid>0) //父进程执行代码 { //1、父进程先关闭了管道的读端 close(pipe_fd[0]); //2、向管道写入字符串数据 p_wbuf=&str1; write(pipe_fd[1],p_wbuf,sizof(p_wbuf)); p_wbuf=&str2; write(pipe_fd[1],p_wbuf,sizof(p_wbuf)); //3、关闭写端，并等待子进程结束后退出 close(pipe_fd[1]); } return 0; } /*********************** #include
进程同步与通信练习题 （一）单项选择题 1?临界区是指（）。A?并发进程中用于实现进程互斥的程序段 B ?并发进程中用于实现进程同步的程序段C?并发进程中用户实现进程通信的程序段D?并发进程中与共享变量有关的程序段 2?相关临界区是指（）°A. —个独占资源B ?并发进程中与共享变量有关的程序段 c ?一 个共享资源 D ?并发进程中涉及相同变量的那些程序段 3?管理若干进程共享某一资源的相关临界区应满足三个要求，其中（）不考虑。A 一个进 程可以抢占己分配给另一进程的资源B?任何进程不应该无限地逗留在它的临界区中 c ? 一次最多让一个进程在临界区执行 D ．不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区 4、（）是只能由P和v操作所改变的整型变量。A共享变量B ?锁c整型信号量 D ?记录型信号量 5.对于整型信号量，在执行一次P操作时，信号量的值应（）。 A .不变B.加1 C减 I D ．减指定数值 6?在执行v操作时，当信号量的值（）时，应释放一个等待该信号量的进程。A>0 B.<0 c.>=0 D.<=0 操作必须在屏蔽中断下执行，这种不可变中断的过程称为（）。A初始化程序B ?原语c ?子 程序 D 控制模块 &进程间的互斥与同步分别表示了各进程间的（）。A ?竞争与协作 B .相互独立与相 互制约 c ．不同状态 D ．动态性与并发性 9并发进程在访问共享资源时的基本关系为（）。A ?相互独立与有交往的 B ?互斥与同步 c 并行执行与资源共享 D 信息传递与信息缓冲 10在进程通信中，（）常用信件交换信息。 A 低级通信 B 高级通信 c 消息通信 D 管道通信II?在间接通信时，用send（N , M）原语发送信件，其中N表示（）。A.发送信件的进程名 B 接收信件的进程名 C 信箱名 D 信件内容 12?下列对线程的描述中，（）是错误的。A不同的线程可执行相同的程序 B ?线程是资 源分配单位 c 线程是调度和执行单位 D 同一进程中的线程可共享该进程的主存空间 13?实现进程互斥时，用（）对应，对同一个信号量调用Pv操作实现互斥。A ? 一个信号量与一个临界区 B 一个信号量与—个相关临界区 c 一个信号量与一组相关临界区 D 一个信号量与一个消息14实现进程同步时，每一个消息与一个信号量对应，进程（）可把不同的消息发送出去。 A.在同一信号量上调用P操作B在不同信号量上调用P操作c ?在同一信号量上调用v 操作D ?在不同信号量上调用v操作 （二）填空题 1 目前使用的计算机的基本特点是处理器___________ 执行指令。2进程的______ 是指进程在顺 序处理器上的执行是按顺序进行的。 3 当一个进程独占处理器顺序执行时，具有_______________ 和_____ 两个特性。 4 进程的封闭性是指进程的执行结果只取决于___________ ，不受外界影响。5进程的可再现性是指当进程再次重复执行时，必定获得__________ 的结果。 6 一个进程的工 作在没有全部完成之前，另一个进程就可以开始工作，则称这些进程为________ . 7 若系统中 存在一组可同时执行的进程，则就说该组进程具有 _________ 。8 如果—个进程的执行不影 响其他进程的执行，且与其他进程的进展情况无关，则说这些并发进程相互之间是______ 的。9如果一个进程的执行依赖其他进程的进展情况，则说这些并发进程相互之间是 __________ 10 有交往的并发进程一定_________ 某些资源。11 有交往的进程执行时可能产生与时间有 关的错误，造成不正确的因素与进程 _________ 、 _____ 和外界的影响有关。12 ．对 _______ 的使用不受限制，这是使有交往的并发进程执行时出现与时间有关的错误的根本原因。13 ．临界区是指并发进程中与 _____________ 有关的程序段。14 ．_______ 是指并发进程中涉及到相同变量
实验六：Linux进程间通信（2）（4课时） 实验目的： 理解进程通信原理；掌握进程中信号量、共享内存、消息队列相关的函数的使用。实验原理： Linux下进程通信相关函数除上次实验所用的几个还有： 信号量 信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是前一节的共享内存方式的进程间通信。要调用的第一个函数是semget，用以获得一个信号量ID。 int semget(key_t key, int nsems, int flag); key是IPC结构的关键字，flag将来决定是创建新的信号量集合，还是引用一个现有的信号量集合。nsems是该集合中的信号量数。如果是创建新集合（一般在服务器中），则必须指定nsems；如果是引用一个现有的信号量集合（一般在客户机中）则将nsems指定为0。 semctl函数用来对信号量进行操作。 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg); 不同的操作是通过cmd参数来实现的，在头文件sem.h中定义了7种不同的操作，实际编程时可以参照使用。 semop函数自动执行信号量集合上的操作数组。 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops); semoparray是一个指针，它指向一个信号量操作数组。nops规定该数组中操作的数量。 ftok原型如下： key_t ftok( char * fname, int id ) fname就是指定的文件名(该文件必须是存在而且可以访问的)，id是子序号，虽然为int，但是只有8个比特被使用(0-255)。 当成功执行的时候，一个key_t值将会被返回，否则-1 被返回。 共享内存 共享内存是运行在同一台机器上的进程间通信最快的方式，因为数据不需要在不同的进程间复制。通常由一个进程创建一块共享内存区，其余进程对这块内存区进行读写。首先要用的函数是shmget，它获得一个共享存储标识符。 #include
Windows进程间各种通信方式浅谈 1、Windows进程间通信的各种方法 进程是装入内存并准备执行的程序，每个进程都有私有的虚拟地址空间，由代码、数据以及它可利用的系统资源(如文件、管道等)组成。 多进程/多线程是Windows操作系统的一个基本特征。Microsoft Win32应用编程接口(Application Programming Interface, API) 提供了大量支持应用程序间数据共享和交换的机制，这些机制行使的活动称为进程间通信(InterProcess Communication, IPC)，进程通信就是指不同进程间进行数据共享和数据交换。 正因为使用Win32 API进行进程通信方式有多种，如何选择恰当的通信方式就成为应用开发中的一个重要问题， 下面本文将对Win32中进程通信的几种方法加以分析和比较。 2、进程通信方法 2.1 文件映射 文件映射(Memory-Mapped Files)能使进程把文件内容当作进程地址区间一块内存那样来对待。因此，进程不必使用文件I/O操作，只需简单的指针操作就可读取和修改文件的内容。 Win32 API允许多个进程访问同一文件映射对象，各个进程在它自己的地址空间里接收内存的指针。通过使用这些指针，不同进程就可以读或修改文件的内容，实现了对文件中数据的共享。 应用程序有三种方法来使多个进程共享一个文件映射对象。 (1)继承：第一个进程建立文件映射对象，它的子进程继承该对象的句柄。 (2)命名文件映射：第一个进程在建立文件映射对象时可以给该对象指定一个名字(可与文件名不同)。第二个进程可通过这个名字打开此文件映射对象。另外，第一个进程也可以通过一些其它IPC机制(有名管道、邮件槽等)把名字传给第二个进程。 (3)句柄复制：第一个进程建立文件映射对象，然后通过其它IPC机制(有名管道、
操作系统实验报告 ——生产者和消费者问题 姓名：学号：班级： 一、实验内容 1、模拟操作系统中进程同步和互斥； 2、实现生产者和消费者问题的算法实现； 二、实验目的 1、熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义； 2、了解进程通信的方法； 3、掌握进程互斥与进程同步的相关知识； 4、掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题； 5、实现生产者－消费者问题，深刻理解进程同步问题； 三、实验题目 在Windows操作系统下用C语言实现经典同步问题：生产者—消费者，具体要求如下： (1)一个大小为10的缓冲区，初始状态为空。 (2)2个生产者，随机等待一段时间，往缓冲区中添加数据，若 缓冲区已满，等待消费者取走数据之后再添加，重复10次。 (3)2个消费者，随机等待一段时间，从缓冲区中读取数据，若 缓冲区为空，等待生产者添加数据之后再读取，重复10次。 四、思想 本实验的主要目的是模拟操作系统中进程同步和互斥。在系统进程并发执行异步推进的过程中，由于资源共享和进程间合作而造成进程间相互制约。进程间的相互制约有两种不同的方式。 （1）间接制约。这是由于多个进程共享同一资源（如CPU、共享
输入/输出设备）而引起的，即共享资源的多个进程因系统协调使用资源而相互制约。 （2）直接制约。只是由于进程合作中各个进程为完成同一任务而造成的，即并发进程各自的执行结果互为对方的执行条件，从而限制各个进程的执行速度。 生产者和消费者是经典的进程同步问题，在这个问题中，生产者不断的向缓冲区中写入数据，而消费者则从缓冲区中读取数据。生产者进程和消费者对缓冲区的操作是互斥，即当前只能有一个进程对这个缓冲区进行操作，生产者进入操作缓冲区之前，先要看缓冲区是否已满，如果缓冲区已满，则它必须等待消费者进程将数据取出才能写入数据，同样的，消费者进程从缓冲区读取数据之前，也要判断缓冲区是否为空，如果为空，则必须等待生产者进程写入数据才能读取数据。 在本实验中，进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说，进程间的通信根据通信内容可以划分为两种：即控制信息的传送与大批量数据传送。有时，也把进程间控制在本实验中，进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说，进程间的通信根据通信内容可以划分为两种：即控制信息的传送与大批量数据传送。有时，也把进程间控制信息的交换称为低级通信，而把进程间大批量数据的交换称为高级通信。 目前，计算机系统中用得比较普遍的高级通信机制可分为3大类：共享存储器系统、消息传递系统及管道通信系统。 ?共享存储器系统 共享存储器系统为了传送大量数据，在存储器中划出一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区进行读数据或写数据以实现通信。
Linux进程通信实验报告 一、实验目的和要求 1.进一步了解对进程控制的系统调用方法。 2.通过进程通信设计达到了解UNIX或Linux系统中进程通信的基本原理。 二、实验内容和原理 1.实验编程，编写程序实现进程的管道通信(设定程序名为pipe.c)。使 用系统调用pipe()建立一条管道线。而父进程从则从管道中读出来自 于两个子进程的信息，显示在屏幕上。要求父进程先接受子进程P1 发来的消息，然后再接受子进程P2发来的消息。 2.可选实验，编制一段程序，使其实现进程的软中断通信(设定程序名为 softint.c)。使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用 signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号(即按Del键)，当父进程 接受这两个软中断的其中一个后，父进程用系统调用kill()向两个子 进程分别发送整数值为16和17的软中断信号，子进程获得对应软中 断信号后分别输出相应信息后终止。 三、实验环境 一台安装了Red Hat Linux 9操作系统的计算机。 四、实验操作方法和步骤 进入Linux操作系统，利用vi编辑器将程序源代码输入并保存好，然后 打开终端对程序进行编译运行。 五、实验中遇到的问题及解决 六、实验结果及分析 基本实验 可选实验
七、源代码 Pipe.c #include"stdio.h" #include"unistd.h" main(){ int i,j,fd[2]; char S[100]; pipe(fd); if(i=fork==0){ sprintf(S,"child process 1 is sending a message \n"); write(fd[1],S,50); sleep(3); return; } if(j=fork()==0){ sprintf(S,"child process 2 is sending a message \n"); write(fd[1],S,50); sleep(3); return;
第二章进程管理 1.操作系统主要是对计算机系统全部 (1) 进行管理，以方便用户、提高计算机使 用效率的一种系统软件。它的主要功能有：处理机管理、存储管理、文件管理、 (2) 管 理和设备管理等。Windows和Unix是最常用的两类操作系统。前者是一个具有图形界面的 窗口式的 (3) 系统软件，后者是一个基本上采用 (4) 语言编制而成的 的系统软件。在 (5) 操作系统控制下，计算机能及时处理由过程控制反馈的信息 并作出响应。 供选答案： (1): A. 应用软件 B. 系统软硬件 C. 资源 D. 设备 (2): A. 数据 B. 作业 C. 中断 D. I/O (3): A. 分时 B. 多任务 C. 多用户 D. 实时 (4): A. PASCAL B. 宏 C. 汇编 D. C (5): A. 网络 B. 分时 C. 批处理 D. 实时 答案：CBBDD 2.操作系统是对计算机资源进行的 (1) 系统软件，是 (2) 的接口。 在处理机管理中，进程是一个重要的概念，它由程序块、 (3) 和数据块三部 分组成，它有3种基本状态，不可能发生的状态转换是 (4) 。 虚拟存储器的作用是允许程序直接访问比内存更大的地址空间，它通常使用 (5) 作为它的一个主要组成部分。 供选答案： (1): A. 输入和输出 B. 键盘操作 C. 管理和控制 D. 汇编和执行 (2): A. 软件和硬件 B. 主机和外设 C. 高级语言和机器语言 D. 用户和计算机 (3): A. 进程控制块 B. 作业控制块 C. 文件控制块 D. 设备控制块 (4): A. 运行态转换为就绪态 B. 就绪态转换为运行态 C. 运行态转换为等待态 D. 等待态转换为运行态 (5): A. 软盘 B. 硬盘 C. CDROM D. 寄存器 答案：CDADB 3.在计算机系统中，允许多个程序同时进入内存并运行，这种方法称为 D。 A. Spodling技术 B. 虚拟存储技术 C. 缓冲技术 D. 多道程序设计技术 4.分时系统追求的目标是 C。 A. 高吞吐率 B. 充分利用内存 C. 快速响应 D. 减少系统开销 5.引入多道程序的目的是 D。
一、剪贴板 1、基础知识 剪贴板实际上是系统维护管理的一块内存区域，当在一个进程中复制数据时，是将这个数据放到该块内存区域中，当在另一个进程中粘贴数据时，是从该内存区域中取出数据。 2、函数说明： (1)、BOOL OpenClipboard( ) CWnd类的OpenClipboard函数用于打开剪贴板。若打开剪贴板成功，则返回非0值。若其他程序或当前窗口已经打开了剪贴板，则该函数返回0值，表示打开失败。若某个程序已经打开了剪贴板，则其他应用程序将不能修改剪贴板，直到前者调用了CloseClipboard函数。 (2)、BOOL EmptyClipboard(void) EmptyClipboard函数将清空剪贴板，并释放剪贴板中数据的句柄，然后将剪贴板的所有权分配给当前打开剪贴板的窗口。 (3)、HANDLE SetClipboardData(UINT uFormat, HANDLE hMem) SetClipboardData函数是以指定的剪贴板格式向剪贴板上放置数据。uFormat指定剪贴板格式，这个格式可以是已注册的格式，或是任一种标准的剪贴板格式。CF_TEXT表示文本格式，表示每行数据以回车换行(0x0a0x0d)终止，空字符作为数据的结尾。hMem指定具有指定格式的数据的句柄。hMem参数可以是NULL，指示采用延迟提交技术，则该程序必须处理WM_RENDERFORMA T和WM_RENDERALLFORMATS消息。应用程序在调用SetClipboardData函数之后，就拥有了hMem参数所标识的数据对象，该应用程序可以读取该数据对象，但在应用程序调用CloseClipboard函数之前，它不能释放该对象的句柄，或者锁定这个句柄。若hMem标识了一个内存对象，那么这个对象必须是利用GMEM_MOVEABLE标志调用GlobalAlloc函数为其分配内存。 注意：调用SetClipboardData函数的程序必须是剪贴板的拥有者，且在这之前已经打开了剪贴板。 延迟提交技术：当一个提供数据的进程创建了剪贴板数据之后，直到其他进程获取剪贴板数据之前，这些数据都要占据内存空间。若在剪贴板上放置的数据过大，就会浪费内存空间，降低对资源的利用率。为了避免这种浪费，就可以采用延迟提交计数，也就是由数据提供进程先提供一个指定格式的空剪贴板数据块，即把SetClipboardData函数的hMem参数设置为NULL。当需要获取数据的进程想要从剪贴板上得到数据时，操作系统会向数据提供进程发送WM_RENDERFORMA T消息，而数据提供进程可以响应这个消息，并在此消息的响应函数中，再一次调用SetClipboardData函数，将实际的数据放到剪贴板上。当再次调用SetClipboardData函数时，就不再需要调用OpenClipboard函数，也不再需要调用EmptyClipboard函数。也就是说，为了提高资源利用率，避免浪费内存空间，可以采用延迟提交技术。第一次调用SetClipboardData函数时，将其hMem参数设置为NULL，在剪贴板上以指定的剪贴板格式放置一个空剪贴板数据块。然后直到有其他进程需要数据或自身进程需要终止运行时再次调用SetClipboardData函数，这时才真正提交数据。 (4)、HGLOBAL GlobalAlloc( UINT uFlags,SIZE_T dwBytes); GlobalAlloc函数从堆上分配指定数目的字节。uFlags是一个标记，用来指定分配内存的方式，uFlags为0，则该标记就是默认的GMEM_FIXED。dwBytes指定分配的字节数。
1. # 管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。 # 有名管道(named pipe) ：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。 # 信号量( semophore ) ：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。 # 消息队列( message queue ) ：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。 # 信号( sinal ) ：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。#共享内存( shared memory)：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。 # 套接字( socket ) ：套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。 管道的主要局限性正体现在它的特点上： 只支持单向数据流； 只能用于具有亲缘关系的进程之间； 没有名字； 管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等； 2. 用于进程间通讯(IPC)的四种不同技术: 1. 消息传递(管道,FIFO,posix和system v消息队列) 2. 同步(互斥锁,条件变量,读写锁,文件和记录锁,Posix和System V信号灯) 3. 共享内存区(匿名共享内存区,有名Posix共享内存区,有名System V共享内存区) 4. 过程调用(Solaris门,Sun RPC) 消息队列和过程调用往往单独使用,也就是说它们通常提供了自己的同步机制.相反,共享内存区
（操作系统原理和linux操作系统相结合的实验） 实验二进程的通信 一实验目的 1 学会使用vi编辑器编辑C语言程序 2 学会Linux环境下gcc的使用 3 学会调试工具GDB的使用 二实验原理 1 利用linux提供的进程通信的系统调用设计进程通信程序，加深对进程通信概念的理解。 2 体会进程通信的方法和效果。 三实验环境 PC机1台，Windows操作系统和其上的虚拟Linux操作系统。 四实验步骤 1．管道通信 (1)编写一个程序。父进程创建一个子进程和一个无名管道fd，由子进程向管道写入信息“This is a message”，然后终止执行；父进程接收到子进程终止信号后从管道中读出并显示信息后结束。 #include
{ wait(0); //等待子进程终止 read(fd[0],outpipe,50); //从管道读信息到读缓冲区 printf("%s\n",outpipe); //显示读到的信息 exit(0); } } (2)父进程创建两个子进程，父子进程之间利用管道进行通信。要求能显示父进程、子进程各自的信息，体现通信效果。(源程序pipe_1.c) #include
进程间的通信方式： 1.管道（pipe）及有名管道（named pipe）： 管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。 2.信号（signal）： 信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，它是比较复杂的通信方式，用于通知进程有某事件发生，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求效果上可以说是一致得。 3.消息队列（message queue）： 消息队列是消息的链接表，它克服了上两种通信方式中信号量有限的缺点，具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息。 消息缓冲通信技术是由Hansen首先提出的,其基本思想是:根据”生产者-消费者”原理,利用内存中公用消息缓冲区实现进程之间的信息交换. 内存中开辟了若干消息缓冲区,用以存放消息.每当一个进程向另一个进程发送消息时,便申请一个消息缓冲区,并把已准备好的消息送到缓冲区,然后把该消息缓冲区插入到接收进程的消息队列中,最后通知接收进程.接收进程收到发送里程发来的通知后,从本进程的消息队列中摘下一消息缓冲区,取出所需的信息,然后把消息缓冲区不定期给系统.系统负责管理公用消息缓冲区以及消息的传递. 一个进程可以给若干个进程发送消息,反之,一个进程可以接收不同进程发来的消息.显然,进程中关于消息队列的操作是临界区.当发送进程正往接收进程的消息队列中添加一条消息时,接收进程不能同时从该消息队列中到出消息:反之也一样. 消息缓冲区通信机制包含以下列内容:
(1) 消息缓冲区,这是一个由以下几项组成的数据结构: 1、消息长度 2、消息正文 3、发送者 4、消息队列指针 （2）消息队列首指针m-q,一般保存在PCB中。 （1）互斥信号量m-mutex,初值为1，用于互斥访问消息队列，在PCB中设置。 （2）同步信号量m-syn,初值为0，用于消息计数，在PCB中设置。（3）发送消息原语send （4）接收消息原语receive(a) 4.共享内存（shared memory）： 可以说这是最有用的进程间通信方式。它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等。 这种通信模式需要解决两个问题：第一个问题是怎样提供共享内存；第二个是公共内存的互斥关系则是程序开发人员的责任。 5.信号量（semaphore）： 主要作为进程之间及同一种进程的不同线程之间得同步和互斥手段。 6.套接字（socket）； 这是一种更为一般得进程间通信机制，它可用于网络中不同机器之间的进程间通信，应用非常广泛。 https://www.doczj.com/doc/723107786.html,/eroswang/archive/2007/09/04/1772350.aspx linux下的进程间通信-详解
第3章进程同步与通信练习题 (一)单项选择题 1.临界区是指( )。 A.并发进程中用于实现进程互斥的程序段 B．并发进程中用于实现进程同步的程序段 C．并发进程中用户实现进程通信的程序段 D．并发进程中与共享变量有关的程序段 2．相关临界区是指( )。 A.一个独占资源 B．并发进程中与共享变量有关的程序段 c．一个共享资源 D．并发进程中涉及相同变量的那些程序段 3．管理若干进程共享某一资源的相关临界区应满足三个要求,其中( )不考虑。 A一个进程可以抢占己分配给另一进程的资源 B．任何进程不应该无限地逗留在它的临界区中c．一次最多让一个进程在临界区执行 D．不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区4、( )是只能由P和v操作所改变的整型变量。 A共享变量 B．锁 c整型信号量 D．记录型信号量 5．对于整型信号量，在执行一次P操作时，信号量的值应( )。 A．不变 B．加1 C减1 D．减指定数值 6．在执行v操作时，当信号量的值( )时，应释放一个等待该信号量的进程。 A>0 B.<0 c.>=0 D.<=0 7.Pv操作必须在屏蔽中断下执行，这种不可变中断的过程称为( )。 A初始化程序 B．原语 c．子程序 D控制模块 8．进程间的互斥与同步分别表示了各进程间的( )。 A．竞争与协作 B．相互独立与相互制约 c．不同状态 D．动态性与并发性 9并发进程在访问共享资源时的基本关系为( )。 A．相互独立与有交往的 B．互斥与同步 c并行执行与资源共享 D信息传递与信息缓冲 10．在进程通信中，( )常用信件交换信息。 A．低级通信 B．高级通信 c．消息通信 D．管道通信 11．在间接通信时，用send(N，M)原语发送信件，其中N表示( )。 A．发送信件的进程名 B．接收信件的进程名 C信箱名 D．信件内容 12．下列对线程的描述中，( )是错误的。 A不同的线程可执行相同的程序 B．线程是资源分配单位 c．线程是调度和执行单位 D．同一 进程中的线程可共享该进程的主存空间 13．实现进程互斥时，用( )对应，对同一个信号量调用Pv操作实现互斥。 A．一个信号量与一个临界区 B．一个信号量与—个相关临界区 c．一个信号量与一组相关临界 区 D一个信号量与一个消息 14．实现进程同步时，每一个消息与一个信号量对应，进程( )可把不同的消息发送出去。 A．在同一信号量上调用P操作 B在不同信号量上调用P操作 c．在同一信号量上调用v操作D．在不同信号量上调用v操作 (二)填空题 1．目前使用的计算机的基本特点是处理器______执行指令。 2．进程的______是指进程在顺序处理器上的执行是按顺序进行的。 3．当一个进程独占处理器顺序执行时，具有______和______两个特性。 4．进程的封闭性是指进程的执行结果只取决于______，不受外界影响。 5 进程的可再现性是指当进程再次重复执行时，必定获得______的结果。 6．一个进程的工作在没有全部完成之前,另一个进程就可以开始工作，则称这些进程为______.
李建伟版实用操作系统第二版最新习题 3 进程同步与通信 一、选择题 题号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案A D D C B C A B A A 题号11 12 答案D C 二、综合题 1、答：临界资源也称独占资源、互斥资源，它是指某段时间内只充许一个进程使用的资源。比如打印机等硬件资源，以及只能互斥使用的变量、表格、队列等软件资源。各个进程中访问临界资源的、必须互斥执行的程序代码段称为临界区，各进程中访问同一临界资源的程序代码段必须互斥执行。 为防止两个进程同时进入临界区,可采用软件解决方法或同步机构来协调它们。但是,不论是软件算法还是同步机构都应遵循下述准则: ①空闲让进。②忙则等待。③有限等待。④让权等待。 2、答：忙等待意味着一个进程正在等待满足一个没有闲置处理器的严格循环的条件。因为只有一个CPU 为多个进程服务，因此这种等待浪费了CPU 的时钟。 其他类型的等待：与忙等待需要占用处理器不同，另外一种等待则允许放弃处理器。如进程阻塞自己并且等待在合适的时间被唤醒。忙等可以采用更为有效的办法来避免。例如：执行请求（类似于中断）机制以及PV 信号量机制，均可避免“忙等待”现象的发生。 3、答： 在生产者—消费者问题中，Producer 进程中P（empty）和P(mutex)互换先后次序。先 执行P(mutex)，假设成功，生产者进程获得对缓冲区的访问权，但如果此时缓冲池已满，没有空缓冲区可供其使用，后续的P（empty）原语没有通过，Producer 阻塞在信号量empty 上,而此时mutex 已被改为0，没有恢复成初值1。切换到消费者进程后,Consumer 进程执行P（full）成功，但其执行P（mutex）时由于Producer 正在访问缓冲区，所以不成功，阻塞在信号量mutex 上。生产者进程和消费者进程两者均无法继续执行，相互等待对方释放资源，会产生死锁。 在生产者和消费者进程中，V 操作的次序无关紧要，不会出现死锁现象。 4、答：
操作系统进程管理实验 实验题目： （1）进程的创建编写一段程序，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一个字符：父进程显示字符“a”；子进程分别显示字符“b”和字符“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。 （2）进程的控制修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，在观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。 （3）编制一段程序，使其实现进程的软中断通信。要求：使用系统调用fork( )创建两个子进程，再用系统调用signal( )让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按Del键）；当捕捉到中断信号后，父进程调用系统调用kill( )向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后分别输出下列信息后终止：Child process 1 is killed by parent! Child process 2 is killed by parent! 父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：Parent process is killed! 在上面的程序中增加语句signal(SIGINT, SIG_IGN)和signal(SIGQUIT, SIG_IGN)，观察执行结果，并分析原因。 （4）进程的管道通信编制一段程序，实现进程的管道通信。使用系统调用pipe( )建立一条管道线；两个进程P1和P2分别向管道各写一句话：Child 1 is sending a message! Child 2 is sending a message! 而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。要求父进程先接收子进程P1发来的消息，然后再接收子进程P2发来的消息。 实验源程序及报告： （1）、进程的创建 #include
Linux下的进程间通信-详解 详细的讲述进程间通信在这里绝对是不可能的事情，而且笔者很难有信心说自己对这一部分内容的认识达到了什么样的地步，所以在这一节的开头首先向大家推荐著 名作者Richard Stevens的著名作品：《Advanced Programming in the UNIX Environment》，它的中文译本《UNIX环境高级编程》已有机械工业出版社出版，原文精彩，译文同样地道，如果你的确对在Linux下编程有浓 厚的兴趣，那么赶紧将这本书摆到你的书桌上或计算机旁边来。说这么多实在是难抑心中的景仰之情，言归正传，在这一节里，我们将介绍进程间通信最最初步和最 最简单的一些知识和概念。 首先，进程间通信至少可以通过传送打开文件来实现，不同的进程通过一个或多个文件来传递信息，事实上，在很多应用系统里，都使用了这种方法。但一般说来， 进程间通信（IPC：InterProcess Communication）不包括这种似乎比较低级的通信方法。Unix系统中实现进程间通信的方法很多，而且不幸的是，极少方法能在所有的Unix系 统中进行移植（唯一一种是半双工的管道，这也是最原始的一种通信方式）。而Linux作为一种新兴的操作系统，几乎支持所有的Unix下常用的进程间通信 方法：管道、消息队列、共享内存、信号量、套接口等等。下面我们将逐一介绍。 2.3.1 管道 管道是进程间通信中最古老的方式，它包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者用于运行于同一台机器上的任意两个进程间的通信。 无名管道由pipe（）函数创建： #include
IPC方法 Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）。 在进程间完成数据传递需要借助操作系统提供特殊的方法，如：文件、管道、信号、共享内存、消息队列、套接字、命名管道等。随着计算机的蓬勃发展，一些方法由于自身设计缺陷被淘汰或者弃用。现今常用的进程间通信方式有： ①管道(使用最简单) ②信号(开销最小) ③共享映射区(无血缘关系) ④本地套接字(最稳定) 管道 管道的概念： 管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质： 1. 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区) 2.由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。 3. 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。 管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。 管道的局限性： ①数据自己读不能自己写。 ②数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。 ③由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。 ④只能在有公共祖先的进程间使用管道。
常见的通信方式有，单工通信、半双工通信、全双工通信。 pipe函数 创建管道 int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失败：-1，设置errno 函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0] →r；fd[1] →w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。 管道创建成功以后，创建该管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读端和写端。如何实现父子进程间通信呢？通常可以采用如下步骤： 1.父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。 2.父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。 3.父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。 练习：父子进程使用管道通信，父写入字符串，子进程读出并，打印到屏幕。【pipe.c】 思考：为甚么，程序中没有使用sleep函数，但依然能保证子进程运行时一定会读到数据呢？ 管道的读写行为 使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）： 1.如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。