操作系统实验Linux进程同步与通信操作系统二

一、实验目的1. 理解进程的基本概念，掌握进程的结构和生命周期。

2. 掌握进程的创建、终止、同步和通信的方法。

3. 熟悉进程调度算法和进程同步机制。

4. 通过实验加深对操作系统进程管理的理解。

二、实验环境1. 操作系统：Linux2. 编程语言：C/C++3. 实验工具：gcc、make、xterm三、实验内容1. 进程的创建与终止（1）使用fork()系统调用创建进程编写一个C程序，通过fork()系统调用创建一个子进程。

父进程和子进程分别执行不同的任务，并输出各自的信息。

```c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int main() {pid_t pid;pid = fork();if (pid == -1) {printf("Fork failed!\n");return 1;printf("This is child process, PID: %d\n", getpid()); // 子进程执行的任务} else {printf("This is parent process, PID: %d\n", getpid()); // 父进程执行的任务}return 0;}```（2）使用exec()系统调用替换子进程内容在父进程中，使用exec()系统调用替换子进程的内容，执行新的程序。

```c#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>#include <unistd.h>int main() {pid_t pid;pid = fork();if (pid == -1) {printf("Fork failed!\n");return 1;execlp("ls", "ls", "-l", (char )NULL);printf("Exec failed!\n");return 1;} else {wait(NULL);}return 0;}```2. 进程同步与通信（1）使用管道实现进程通信编写一个C程序，使用管道实现父进程和子进程之间的通信。

操作系统lab2实验报告实验目的：本实验的目的是通过设计和实现一个简单的操作系统内核，加深对操作系统基本概念和原理的理解。

具体实验内容包括进程管理、内存管理和文件系统的设计与实现。

实验环境：1.操作系统：Linux2.编程语言：C语言一、实验背景1.1 操作系统简介操作系统是计算机系统中的一个重要组成部分，负责管理和控制计算机的各种资源，提供用户和应用程序的接口，以及协调和调度各种任务的执行。

1.2 实验目标本实验的主要目标是设计和实现一个简单的操作系统内核，包括进程管理、内存管理和文件系统等功能。

二、实验内容2.1 进程管理①进程创建描述进程创建的过程和相关数据结构，包括创建新进程的系统调用、进程控制块等。

②进程调度描述进程调度的算法和实现方式，包括进程调度队列、调度算法等。

③进程同步与通信描述进程同步和通信的机制和方法，包括信号量、互斥锁、条件变量等。

2.2 内存管理①内存分配描述内存分配的算法和实现方式，包括连续内存分配、非连续内存分配等。

②页面置换描述页面置换的算法和实现方式，包括最优页面置换算法、先进先出页面置换算法等。

2.3 文件系统①文件操作描述文件操作的系统调用和相关数据结构，包括文件打开、读写、关闭等。

②文件系统结构描述文件系统的组织结构和实现方式，包括超级块、索引节点、块位图等。

三、实验步骤3.1 环境搭建搭建实验环境，包括安装Linux操作系统、编译器等。

3.2 进程管理实现根据设计要求，实现进程创建、调度、同步与通信等功能。

3.3 内存管理实现根据设计要求，实现内存分配、页面置换等功能。

3.4 文件系统实现根据设计要求，实现文件操作和文件系统结构。

3.5 测试与调试编写测试用例，对实现的操作系统内核进行测试和调试，并记录实验结果。

四、实验结果分析分析测试结果，评估实验过程中遇到的问题和解决方法，总结操作系统内核的性能和功能特点。

五、实验总结对实验过程中的收获和经验进行总结，提出改进和优化的建议。

一、实验目的1. 理解进程的概念及其在操作系统中的作用。

2. 掌握Linux系统中进程的创建、调度、同步和通信方法。

3. 熟悉进程的阻塞、挂起、恢复和终止操作。

4. 学习使用相关命令和工具进行进程管理和调试。

二、实验环境操作系统：Linux开发环境：GCC、Xshell三、实验内容1. 进程创建与调度2. 进程同步与通信3. 进程阻塞与恢复4. 进程终止与调试四、实验步骤1. 进程创建与调度（1）编写一个简单的C程序，使用fork()函数创建一个子进程。

（2）在父进程中，使用getpid()和getppid()函数获取进程ID和父进程ID。

（3）使用ps命令查看当前系统中的进程，观察父进程和子进程的状态。

（4）使用waitpid()函数等待子进程结束。

2. 进程同步与通信（1）编写一个使用管道（pipe）进行进程间通信的C程序。

（2）父进程向管道中写入数据，子进程从管道中读取数据。

（3）使用ps命令查看进程状态，观察管道通信的效果。

（4）编写一个使用信号量（semaphore）进行进程同步的C程序。

（5）使用sem_wait()和sem_post()函数实现进程同步。

3. 进程阻塞与恢复（1）编写一个使用sleep()函数使进程阻塞的C程序。

（2）在父进程中，使用waitpid()函数等待阻塞的子进程结束。

（3）使用kill()函数向阻塞的进程发送SIGCONT信号，使其恢复执行。

4. 进程终止与调试（1）编写一个使用exit()函数终止进程的C程序。

（2）在父进程中，使用waitpid()函数等待终止的子进程。

（3）使用gdb调试器分析程序运行过程中出现的问题。

五、实验结果与分析1. 进程创建与调度实验结果表明，使用fork()函数成功创建了子进程，父进程和子进程的进程ID和父进程ID被正确获取。

通过ps命令，可以观察到父进程和子进程的状态。

2. 进程同步与通信实验结果表明，管道通信可以成功实现父进程和子进程之间的数据传递。

操作系统的进程间通信与同步机制操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，负责管理和协调计算机硬件和软件资源的使用。

在多道程序设计环境下，操作系统需要管理多个同时运行的进程，而进程间的通信和同步是操作系统中的重要任务之一。

本文将探讨操作系统中的进程间通信和同步机制的基本概念、原理和应用。

一、进程间通信（Inter-process Communication，IPC）进程间通信是指不同进程之间交换信息的机制。

在操作系统中，进程间通信是实现进程协作和数据共享的基础。

常见的进程间通信方式包括管道、消息队列、信号量、共享内存等。

1. 管道（Pipe）管道是一种半双工的通信方式，将一个进程的输出连接到另一个进程的输入，实现进程之间的单向通信。

管道分为有名管道和无名管道，有名管道可以在不同进程之间共享，而无名管道只能在具有父子关系的进程之间使用。

2. 消息队列（Message Queue）消息队列是一种可以在不相关进程之间传递数据的通信机制，它通过将消息放入队列中，实现进程之间的异步通信。

消息队列可以实现进程之间的解耦，提高系统的可维护性和灵活性。

3. 信号量（Semaphore）信号量是一种用于进程间同步与互斥的机制，它可以用来解决临界区问题和进程同步问题。

信号量可以用来控制资源的访问顺序，避免竞争条件和死锁等问题。

4. 共享内存（Shared Memory）共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程直接访问同一块内存区域，从而实现数据的共享。

共享内存可以提高进程间通信的性能，但需要合理控制访问权限，防止数据的冲突和错误。

二、进程间同步（Process Synchronization）进程间同步是指多个进程之间按照特定的顺序执行，保证数据的一致性和正确性。

在多进程环境下，进程之间的并发执行可能导致竞争条件、死锁和资源冲突等问题，进程间同步机制可以解决这些问题。

1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种二进制的同步机制，用于保护临界区，避免多个进程同时访问共享资源。

第1篇一、实验目的1. 理解进程通信的概念和原理；2. 掌握进程通信的常用机制和方法；3. 能够使用进程通信机制实现进程间的数据交换和同步；4. 增强对操作系统进程管理模块的理解。

二、实验环境1. 操作系统：Linux2. 编程语言：C3. 开发环境：GCC三、实验内容1. 进程间通信的管道机制2. 进程间通信的信号量机制3. 进程间通信的共享内存机制4. 进程间通信的消息队列机制四、实验步骤1. 管道机制（1）创建管道：使用pipe()函数创建管道，将管道文件描述符存储在两个变量中，分别用于读和写。

（2）创建进程：使用fork()函数创建子进程，实现父子进程间的通信。

（3）管道读写：在父进程中，使用read()函数读取子进程写入的数据；在子进程中，使用write()函数将数据写入管道。

（4）关闭管道：在管道读写结束后，关闭对应的管道文件描述符。

2. 信号量机制（1）创建信号量：使用sem_open()函数创建信号量，并初始化为1。

（2）获取信号量：使用sem_wait()函数获取信号量，实现进程同步。

（3）释放信号量：使用sem_post()函数释放信号量，实现进程同步。

（4）关闭信号量：使用sem_close()函数关闭信号量。

3. 共享内存机制（1）创建共享内存：使用mmap()函数创建共享内存区域，并初始化数据。

（2）映射共享内存：在父进程和子进程中，使用mmap()函数映射共享内存区域。

（3）读写共享内存：在父进程和子进程中，通过指针访问共享内存区域，实现数据交换。

（4）解除映射：在管道读写结束后，使用munmap()函数解除映射。

4. 消息队列机制（1）创建消息队列：使用msgget()函数创建消息队列，并初始化消息队列属性。

（2）发送消息：使用msgsnd()函数向消息队列发送消息。

（3）接收消息：使用msgrcv()函数从消息队列接收消息。

（4）删除消息队列：使用msgctl()函数删除消息队列。

操作系统中的进程通信与同步机制在操作系统中，进程通信和同步机制是实现多任务并发执行的关键。

进程通信（Inter-Process Communication）指的是进程之间传递信息和数据的机制，而同步机制（Synchronization Mechanism）则是用于控制多个进程之间的执行顺序和互斥访问共享资源的方法。

本文将就进程通信和同步机制展开探讨。

一、进程通信进程通信是实现多个进程之间信息和数据交换的重要手段。

常见的进程通信方式包括管道、消息队列、共享内存和套接字等。

1. 管道（Pipe）管道是一种半双工的通信方式，分为匿名管道和有名管道。

匿名管道通常用于父子进程之间的通信，而有名管道则可用于无关进程之间的通信。

管道可以实现单向通信，数据从管道的一端写入，从另一端读取。

2. 消息队列（Message Queue）消息队列是一种通过消息传递进行进程间通信的方式。

进程可以向消息队列发送消息，其他进程则可以从队列中读取消息。

消息队列可以实现多对多的进程通信，具有较高的灵活性和可靠性。

3. 共享内存（Shared Memory）共享内存是一种直接将内存段映射到多个进程地址空间的通信方式。

多个进程可以通过访问同一块共享内存来实现数据的交换和共享。

共享内存通常具有较高的性能，但需要仔细处理进程间的数据一致性问题。

4. 套接字（Socket）套接字是一种网络编程中常用的进程间通信方式。

通过套接字，不同主机上的进程可以进行网络通信，实现远程进程间的数据传输。

套接字通信可实现灵活的多对多通信模式，但需要考虑网络通信的可靠性和安全性。

二、同步机制同步机制用于协调多个进程之间的执行顺序和共享资源的访问，有效避免竞态条件和不一致的问题。

常见的同步机制包括互斥锁、条件变量、信号量和屏障等。

1. 互斥锁（Mutex）互斥锁用于实现对共享资源的互斥访问。

当一个进程获取到互斥锁时，其他进程必须等待释放锁后才能访问该资源。

互斥锁可以防止多个进程同时访问共享资源，从而保证数据的一致性。

操作系统进程管理实验报告一、引言在现代计算机科学中，操作系统的进程管理是确保系统高效运行的关键环节。

本实验旨在通过观察和分析操作系统的进程管理行为，深入理解进程的创建、运行和终止过程，以及操作系统如何对进程进行调度和资源分配。

二、实验目标1、理解进程的基本概念、进程状态及转换。

2、掌握进程的创建、终止和调度方法。

3、观察和分析进程在运行过程中的资源消耗和调度行为。

4、分析操作系统对进程的资源分配和调度策略对系统性能的影响。

三、实验环境与工具本实验在Linux操作系统上进行，使用GNU/Linux环境下的工具进行进程的创建、监控和调度。

四、实验步骤与记录1、创建进程：使用shell命令“fork”创建一个新的进程。

记录下父进程和子进程的PID，以及它们在内存中的状态。

2、进程状态观察：使用“ps”命令查看当前运行进程的状态，包括进程的PID、运行时间、CPU使用率等。

同时，使用“top”命令实时监控系统的CPU、内存等资源的使用情况。

3、进程调度：在“crontab”中设置定时任务，观察系统如何根据预设的调度策略分配CPU资源给各个进程。

4、资源分配：通过修改进程的优先级（使用“nice”命令），观察系统如何调整资源分配策略。

5、终止进程：使用“kill”命令终止一个进程，并观察系统如何处理该进程占用的资源。

五、实验结果与分析1、创建进程：通过“fork”系统调用，成功创建了一个新的进程，并获取了父进程和子进程的PID。

在内存中，父进程和子进程的状态分别为“running”和“ready”。

2、进程状态观察：使用“ps”命令可以看到父进程和子进程的状态均为“running”，同时显示了它们的CPU使用率和运行时间等信息。

通过“top”命令，可以实时监控系统的CPU、内存等资源的使用情况，为进一步分析提供了数据支持。

3、进程调度：在“crontab”中设置定时任务后，系统会根据预设的调度策略以及各个进程的运行状态，动态地分配CPU资源给各个进程。

操作系统实验报告——进程同步与互斥一、实验内容本实验主要内容是通过编写程序来实现进程的同步与互斥。

具体来说，是通过使用信号量来实现不同进程之间的同步和互斥。

我们将编写两个进程，一个进程负责打印奇数，另一个进程负责打印偶数，两个进程交替打印，要求打印的数字从1开始，直到100结束。

二、实验原理进程的同步是指多个进程之间按照一定的顺序执行，进程之间互相等待的关系。

而进程的互斥是指多个进程竞争同一个资源，需要通过其中一种方式来避免同时访问共享资源，以免造成数据错乱。

在本实验中，我们使用信号量来实现进程的同步与互斥。

信号量是一个计数器，用于表示一些共享资源的可用数量。

进程在访问共享资源时，需要先对信号量进行操作，当信号量大于0时，表示资源可用，进程可以访问；当信号量等于0时，表示资源不可用，进程需要等待。

进程同步的实现可以通过信号量的P操作与V操作来完成。

P操作用于申请资源，当资源可用时，将计数器减一，并进入临界区；V操作用于释放资源，当资源使用完毕时，将计数器加一，使等待资源的进程能够申请。

进程互斥的实现可以通过信号量的P操作与V操作结合临界区来完成。

当多个进程需要访问共享资源时，需要先进行P操作，进入临界区，访问完毕后进行V操作，离开临界区。

三、实验步骤1.首先，我们需要创建两个进程，一个进程负责打印奇数，另一个进程负责打印偶数。

2. 然后，我们创建一个共享变量count，用来记录打印的数字。

3. 接着，我们创建两个信号量odd和even，用来控制进程的同步与互斥。

odd信号量初始值为1，表示打印奇数的进程可以访问；even信号量初始值为0，表示打印偶数的进程需要等待。

4.编写奇数打印进程的代码，首先进行P操作，判断奇数信号量是否大于0，如果大于0，表示可以打印奇数。

5. 如果可以打印奇数，将count加一，并输出当前的奇数，然后进行V操作，释放偶数打印进程的等待。

6.同样的，编写偶数打印进程的代码，首先进行P操作，判断偶数信号量是否大于0，如果大于0，表示可以打印偶数。

操作系统实验-进程同步与互斥实验四：进程的管道通信实验题目进程的管道通信实验目的加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

学习进程创建的过程，进一步认识进程并发执行的实质。

分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。

学习解决进程同步的方法。

掌握Linux系统中进程间通过管道通信的具体实现实验内容使用系统调用pipe()建立一条管道，系统调用fork()分别创建两个子进程，它们分别向管道写一句话，如：Child process1 is sending a message!Child process2 is sending a message!父进程分别从管道读出来自两个子进程的信息，显示在屏幕上。

当然，仅仅通过屏幕上输出这两句话还不能说明实现了进程的管道通信，为了能够更好的证明和显示出进程的同步互斥和通信，在其中要加入必要的跟踪条件，如一定的输出语句等，来反映程序的并发执行情况实验要求这是一个设计型实验，要求自行、独立编制程序。

两个子进程要并发执行。

实现管道的互斥使用。

当一个子进程正在对管道进行写操作时，另一个欲写入管道的子进程必须等待。

使用系统调用lockf(fd[1],1,0)实现对管道的加锁操作，用lockf(fd[1],0,0)解除对管道的锁定。

实现父子进程的同步，当父进程试图从一空管道中读取数据时，便进入等待状态，直到子进程将数据写入管道返回后，才将其唤醒。

为了清楚的反应进程的同步，在子进程完成相应的操作后，调用sleep()函数睡眠一段时间（程序中定为3s）。

父进程先执行wait()函数，当有子进程执行完毕后，会得到子进程的返回结果并清理子进程。

若子进程没执行完，父进程一直执行wait()进行监听，知道有一个子进程执行完成为僵尸进程。

程序中用到的系统调用因为程序时在linux系统上进行编写的，所以其中要利用到相关的linux提供的系统调用。

所用到的系统调用包含在如下头文件中。

#include#include#include#include#include#includefork() 用于创一个子进程。

2011-2012学年第一学期计算机操作系统实验报告专业：班级：学号：姓名：提交日期：2011年11月1实验二Linux进程创建与进程通信【实验目的】1. 熟悉有关Linux系统调用；2. 学习有关Linux的进程创建，理解进程创建后两个并发进程的执行；3. 通过系统调用wait()和exit()，实现父子进程同步；4. 掌握管道、消息缓冲等进程通信方法并了解其特点和使用限制。

【实验内容】1. 父进程创建子进程实现父进程创建一个子进程，返回后父子进程分别循环输出字符串“The parent process.”及“The child process.”5次，每次输出后使用sleep(1)延时一秒，然后再进入下一次循环。

给出源程序代码和运行结果。

程序代码：main(){int p1,i;while ((p1=fork())==-1);if (p1>0)for (i=0;i<5;i++){printf("I am parent.\n");sleep(1);}elsefor (i=0;i<5;i++){printf("I am child.\n");sleep(1);}}运行结果：The parent process.The child process.The parent process.The child process.The parent process.The child process.The parent process.The child process.The parent process.The child process.2. 父子进程同步修改上题程序，使用exit()和wait()实现父子进程同步，其同步方式为父进程等待子进程的同步，即：子进程循环输出5次，然后父进程再循环输出5次。

给出源程序代码和运行结果。

程序代码：main(){int p1,i;while ((p1=fork())==-1);if (p1>0){wait(0);for (i=0;i<5;i++){printf("I am parent.\n");sleep(1);}}else{for (i=0;i<5;i++){printf("I am child.\n");sleep(1);}exit(0);}}运行结果：I am parent.I am parent.I am parent.I am parent.I am parent.I am child.I am child.I am child.I am child.I am child.3. Linux管道通信编写一个程序，实现以下功能。