操作系统 实验三 进程同步的经典算法
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集美大学计算机工程学院实验报告课程名称:操作系统指导教师:王丰实验成绩:实验编号:实验三实验名称:进程同步班级:计算12姓名:学号:上机实践日期:2015.5上机实践时间:2学时一、实验目的1、掌握用Linux信号灯集机制实现两个进程间的同步问题。
2、共享函数库的创建二、实验环境Ubuntu-VMware、Linux三、实验内容⏹需要的信号灯: System V信号灯实现☐用于控制司机是否可以启动车辆的的信号灯 S1=0☐用于控制售票员是否可以开门的信号灯 S2=0System V信号灯实现说明□ System V的信号灯机制属于信号灯集的形式, 一次可以申请多个信号灯.□同样利用ftok()生成一个key: semkey=ftok(path,45);□利用key申请一个包含有两个信号灯的信号灯集, 获得该集的idsemid=semget(semkey,2,IPC_CREAT | 0666);□定义一个联合的数据类型union semun{int val;struct semid_ds *buf;ushort *array;};□利用semctl()函数对信号灯初始化,参数有:信号灯集的id: semid要初始化的信号灯的编号:sn要设定的初始值:valvoid seminit(int semid, int val,int sn){union semun arg;arg.val=val;semctl(semid,sn,SETVAL,arg);}利用初始化函数,初始化信号灯:seminit(semid,0,0);//用来司机启动汽车的同步seminit(semid,0,1);//用来售票员开门的同步控制□利用semop()函数, 对信号灯实现V操作:sembuf是一个在头部文件中的预定义结构、semid—信号灯集id, sn—要操作的信号灯编号void semdown(int semid,int sn){/* define P operating*/struct sembuf op;op.sem_num=sn;op.sem_op=-1;//P操作为-1op.sem_flg=0;semop(semid,&op,1);}2、Linux的静态和共享函数库·Linux生成目标代码: gcc -c 源程序文件名(将生成一个与源程序同名的.o目标代码文件。
进程间同步的几种方法进程间同步是指两个或多个进程之间进行协调,以确保它们能够正确地执行。
这是多任务操作系统中的重要问题,因为进程之间共享资源,包括内存、文件和网络连接等。
进程同步的关键是确保一组进程在处理共享资源时,能够避免发生竞态条件(Race Condition)和死锁(Deadlock)。
竞态条件指多个进程同时访问共享资源,导致不正确的结果。
死锁指多个进程互相等待,导致它们都无法继续执行。
1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步方法之一,它被用来保护共享资源,确保同一时刻只有一个进程可以访问它。
当一个进程获取了锁,其他进程必须等待,直到锁被释放。
在 POSIX 系统中,互斥锁可以通过 pthread_mutex_t 数据类型实现。
我们可以使用pthread_mutex_init() 函数初始化锁,使用 pthread_mutex_lock() 函数获取锁,使用pthread_mutex_unlock() 函数释放锁。
下面是一个例子,展示了如何使用互斥锁同步两个进程对共享变量的访问:```c#include <pthread.h>#include <stdio.h>int count = 0;pthread_mutex_t lock;void *increment(void *arg) {for (int i = 0; i < 1000000; i++) {pthread_mutex_lock(&lock); // 获取锁count++;pthread_mutex_unlock(&lock); // 释放锁}return NULL;}在上面的例子中,我们创建了两个线程,它们分别对共享变量 count 进行了一百万次的递增操作。
我们使用了互斥锁来保护 count 变量,确保同一时刻只有一个线程可以访问它。
2. 信号量3. 条件变量条件变量可以被用来支持更高级的同步机制,如互斥锁和信号量。
一、实验目的1. 理解进程同步的概念和原理;2. 掌握进程同步的基本方法和机制;3. 学会使用信号量实现进程同步;4. 通过实验验证进程同步机制的有效性。
二、实验原理1. 进程同步:在多道程序设计中,进程的执行是并发的,但某些情况下需要保证多个进程按照一定的顺序执行,以避免出现数据不一致、死锁等问题。
进程同步是指通过某种机制,协调多个进程的执行顺序,保证它们能够正确、有效地共享资源。
2. 信号量:信号量是一种特殊的变量,用于实现进程同步。
信号量具有两个原子操作:P操作(wait)和V操作(signal)。
P操作用于申请资源,V操作用于释放资源。
3. 互斥锁:互斥锁是一种常见的进程同步机制,用于保证临界资源的互斥访问。
当一个进程进入临界区时,它会尝试获取互斥锁,如果锁已被其他进程获取,则该进程进入等待状态;当进程退出临界区时,它会释放互斥锁。
三、实验内容1. 实验环境:Linux操作系统,C语言编程环境。
2. 实验工具:gcc编译器、gdb调试器。
3. 实验步骤:(1)创建一个互斥锁,用于保护临界资源。
(2)编写两个进程,分别模拟对临界资源的访问。
(3)在进程访问临界资源前,使用P操作尝试获取互斥锁。
(4)在进程访问临界资源后,使用V操作释放互斥锁。
(5)编译并运行程序,观察进程执行情况。
四、实验结果与分析1. 实验结果:(1)在互斥锁的保护下,两个进程能够按照预期顺序访问临界资源。
(2)当其中一个进程正在访问临界资源时,另一个进程会进入等待状态。
(3)当进程访问临界资源完成后,它会释放互斥锁,允许其他进程访问。
2. 实验分析:(1)互斥锁能够有效地保护临界资源,避免数据不一致问题。
(2)信号量P操作和V操作保证了进程的同步,避免了死锁现象。
(3)通过实验验证了进程同步机制的有效性。
五、实验总结本次实验通过使用信号量和互斥锁,实现了进程同步。
实验结果表明,信号量和互斥锁能够有效地保证进程按照预期顺序执行,避免数据不一致和死锁等问题。
操作系统:进程同步基本概念在 Os 中引⼊进程后,虽然提⾼了资源的利⽤率和系统的吞吐量,但由于进程的异步性,也会给系统造成混乱,尤其是在他们争⽤临界资源时。
例如,当多个进程去争⽤⼀台打印机时,有可能使多个进程的输出结果交织在⼀起,难于区分;⽽当多个进程去争⽤共享变量、表格、链表时,有可能致使数据处理出错。
进程同步的主要任务是对多个相关进程在执⾏次序上进⾏协调,以使并发执⾏的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作,从⽽使程序的执⾏具有可再现性。
在资源共享的情况下:保证诸进程以互斥的⽅式访问临界资源—必须以互斥⽅式访问的共享资源;在相互合作的关系中:进程同步的主要任务是保证相互合作的诸进程在执⾏次序上协调,(有些教材把这种功能称做“协调”)。
相互合作的进程可能同时存在资源共享的关系。
如何实现进程互斥,需要让进程以互斥的⽅式进⼊各⾃的临界区,先执⾏进⼊区的代码。
⼈为地加⼀段代码。
临界资源必须以互斥⽅式访问的共享资源counter的例⼦:在机器语⾔中实现两个进程给count加⼀的操作register1 = countregister1 = register1 + 1count = register1register2 = countregister2 = register2 + 1count = register2但是如果是并发执⾏,可能会出现下⾯的情况register1 = countregister2 = countregister1 = register1 + 1register2 = register2 + 1count = register1count = register2结果就不对了。
可见,counter应该作为临界资源。
多个进程必须对其进⾏互斥访问临界区在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。
如果能保证诸进程互斥地进⼊⾃⼰的临界区,便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。
每个进程在进⼊临界区之前,应先对欲访问的临界资源进⾏检查,看它是否正被访问。
目录实验一WINDOWS进程初识 (2)实验二进程管理 (6)实验三进程同步的经典算法 (10)实验四存储管理 (14)试验五文件系统试验 (18)实验有关(参考)代码实验一WINDOWS进程初识1、实验目的(1)学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application(控制台应用程序)。
(2)掌握WINDOWS API的使用方法。
(3)编写测试程序,理解用户态运行和核心态运行。
2、程序清单清单1-1 一个简单的Windows控制台应用程序// hello项目# include <iostream>void main(){std::cout << “Hello, Win32 Consol Application” << std :: endl ;}清单1-2 核心态运行和用户态运行时间比计算// proclist项目# include <windows.h># include <tlhelp32.h># include <iostream.h>// 当在用户模式机内核模式下都提供所耗时间时,在内核模式下进行所耗时间的64位计算的帮助方法DWORD GetKernelModePercentage(const FILETIME& ftKernel,const FILETIME& ftUser){// 将FILETIME结构转化为64位整数ULONGLONG qwKernel=(((ULONGLONG)ftKernel.dwHighDateTime)<<32)+ftKernel.dwLowDateTime;ULONGLONG qwUser=(((ULONGLONG)ftUser.dwHighDateTime)<<32)+ftUser.dwLowDateTime;// 将消耗时间相加,然后计算消耗在内核模式下的时间百分比ULONGLONG qwTotal=qwKernel+qwUser;DWORD dwPct=(DWORD)(((ULONGLONG)100*qwKernel)/qwTotal);return(dwPct);}// 以下是将当前运行过程名和消耗在内核模式下的时间百分数都显示出来的应用程序void main(int argc,char *argv[]){if(argc<2){cout<<"请给出你要查询的程序名"<<endl;exit(0);}// 对当前系统中运行的过程拍取“快照”HANDLE hSnapshot=::CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS,// 提取当前过程0);// 如果是当前过程,就将其忽略// 初始化过程入口PROCESSENTRY32 pe;::ZeroMemory(&pe,sizeof(pe));pe.dwSize=sizeof(pe);BOOL bMore=::Process32First(hSnapshot,&pe);BOOL found = FALSE;while(bMore){// 打开用于读取的过程if(!strcmp(pe.szExeFile,argv[1])){found = TRUE;HANDLE hProcess=::OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMA TION,// 指明要得到信息FALSE,// 不必继承这一句柄pe.th32ProcessID);// 要打开的进程if (hProcess!=NULL){// 找出进程的时间FILETIME ftCreation,ftKernelMode,ftUserMode,ftExit;::GetProcessTimes(hProcess,// 所感兴趣的进程&ftCreation,// 进程的启动时间&ftExit,// 结束时间(如果有的话)&ftKernelMode,// 在内核模式下消耗的时间&ftUserMode);// 在用户模式下消耗的时间// 计算内核模式消耗的时间百分比DWORD dwPctKernel=::GetKernelModePercentage(ftKernelMode,// 在内核模式上消耗的时间ftUserMode);// 在用户模式下消耗的时间// 向用户显示进程的某些信息cout<< "process ID: " << pe.th32ProcessID<< ",EXE file:" << pe.szExeFile<< ",%d in Kernel mode: " << dwPctKernel << endl;// 消除句柄::CloseHandle(hProcess);}}// 转向下一个进程bMore=::Process32Next(hSnapshot,&pe);}if(found==FALSE){cout<<"当前系统没有这个可执行程序正在运行"<<endl;exit(0);}}清单1-3 核心态运行和用户态运行时间测试程序#include <stdio.h>main(){int i,j;while(1){for(i=0;i<1000;i++);for(j=1;j<1000;j++) printf(“enter kernel mode running.”);}}实验二进程管理1、实验目的1) 通过创建进程、观察正在运行的进程和终止进程的程序设计和调试操作,进一步熟悉操作系统的进程概念,理解Windows进程的“一生”。
第1篇一、实验目的通过本次实验,加深对操作系统进程调度原理的理解,掌握先来先服务(FCFS)、时间片轮转(RR)和动态优先级(DP)三种常见调度算法的实现,并能够分析这些算法的优缺点,提高程序设计能力。
二、实验环境- 编程语言:C语言- 操作系统:Linux- 编译器:GCC三、实验内容本实验主要实现以下内容:1. 定义进程控制块(PCB)结构体,包含进程名、到达时间、服务时间、优先级、状态等信息。
2. 实现三种调度算法:FCFS、RR和DP。
3. 创建一个进程队列,用于存储所有进程。
4. 实现调度函数,根据所选算法选择下一个执行的进程。
5. 模拟进程执行过程,打印进程执行状态和就绪队列。
四、实验步骤1. 定义PCB结构体:```ctypedef struct PCB {char processName[10];int arrivalTime;int serviceTime;int priority;int usedTime;int state; // 0: 等待,1: 运行,2: 完成} PCB;```2. 创建进程队列:```cPCB processes[MAX_PROCESSES]; // 假设最多有MAX_PROCESSES个进程int processCount = 0; // 实际进程数量```3. 实现三种调度算法:(1)FCFS调度算法:```cvoid fcfsScheduling() {int i, j;for (i = 0; i < processCount; i++) {processes[i].state = 1; // 设置为运行状态printf("正在运行进程:%s\n", processes[i].processName); processes[i].usedTime++;if (processes[i].usedTime == processes[i].serviceTime) { processes[i].state = 2; // 设置为完成状态printf("进程:%s 完成\n", processes[i].processName); }for (j = i + 1; j < processCount; j++) {processes[j].arrivalTime--;}}}```(2)RR调度算法:```cvoid rrScheduling() {int i, j, quantum = 1; // 时间片for (i = 0; i < processCount; i++) {processes[i].state = 1; // 设置为运行状态printf("正在运行进程:%s\n", processes[i].processName); processes[i].usedTime++;processes[i].serviceTime--;if (processes[i].serviceTime <= 0) {processes[i].state = 2; // 设置为完成状态printf("进程:%s 完成\n", processes[i].processName); } else {processes[i].arrivalTime++;}for (j = i + 1; j < processCount; j++) {processes[j].arrivalTime--;}}}```(3)DP调度算法:```cvoid dpScheduling() {int i, j, minPriority = MAX_PRIORITY;int minIndex = -1;for (i = 0; i < processCount; i++) {if (processes[i].arrivalTime <= 0 && processes[i].priority < minPriority) {minPriority = processes[i].priority;minIndex = i;}}if (minIndex != -1) {processes[minIndex].state = 1; // 设置为运行状态printf("正在运行进程:%s\n", processes[minIndex].processName);processes[minIndex].usedTime++;processes[minIndex].priority--;processes[minIndex].serviceTime--;if (processes[minIndex].serviceTime <= 0) {processes[minIndex].state = 2; // 设置为完成状态printf("进程:%s 完成\n", processes[minIndex].processName); }}}```4. 模拟进程执行过程:```cvoid simulateProcess() {printf("请选择调度算法(1:FCFS,2:RR,3:DP):");int choice;scanf("%d", &choice);switch (choice) {case 1:fcfsScheduling();break;case 2:rrScheduling();break;case 3:dpScheduling();break;default:printf("无效的调度算法选择。
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实验五文件和设备管理 (49)背景知识 (49)1、实验目的 (53)2、实验内容与步骤............. 错误!未定义书签。
3、实验结论................... 错误!未定义书签。
实验一WINDOWS进程初识1、实验目的(1)学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application (控制台应用程序)。
(2)掌握WINDOWS API的使用方法。
(3)编写测试程序,理解用户态运行和核心态运行。
2、实验内容和步骤(1)编写基本的Win32 Consol Application步骤1:登录进入Windows,启动VC++ 6.0。
步骤2:在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单,在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名,在“Location”处输入工程目录。
创建一个新的控制台应用程序工程。
步骤3:在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单,在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。
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。
进程管理实验报告进程管理实验报告引言:进程管理是操作系统中的重要概念,它负责调度和控制计算机系统中的各个进程,确保它们能够有序地执行。
本实验旨在通过实际操作和观察,深入了解进程管理的原理和方法,并通过实验结果分析其影响因素和优化策略。
实验一:进程创建与终止在本实验中,我们首先进行了进程的创建和终止实验。
通过编写简单的程序,我们能够观察到进程的创建和终止过程,并了解到进程控制块(PCB)在其中的作用。
实验结果显示,当一个进程被创建时,操作系统会为其分配一个唯一的进程ID,并为其分配必要的资源,如内存空间、文件描述符等。
同时,操作系统还会为该进程创建一个PCB,用于存储该进程的相关信息,如进程状态、程序计数器等。
当我们手动终止一个进程时,操作系统会释放该进程所占用的资源,并将其PCB从系统中删除。
这样,其他进程便可以继续使用这些资源,提高系统的效率和资源利用率。
实验二:进程调度算法进程调度算法是决定进程执行顺序的重要因素。
在本实验中,我们通过模拟不同的进程调度算法,比较它们在不同场景下的表现和效果。
我们选择了三种常见的进程调度算法:先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)和轮转调度(RR)。
通过设置不同的进程执行时间和优先级,我们观察到不同调度算法对系统吞吐量和响应时间的影响。
实验结果显示,FCFS算法适用于执行时间较短的进程,能够保证公平性,但在执行时间较长的进程出现时,会导致等待时间过长,影响系统的响应速度。
SJF 算法在执行时间较长的进程时表现出色,但对于执行时间较短的进程,可能会导致饥饿现象。
RR算法能够在一定程度上平衡各个进程的执行时间,但对于执行时间过长的进程,仍然会影响系统的响应速度。
实验三:进程同步与互斥在多进程环境中,进程之间的同步和互斥是必不可少的。
在本实验中,我们通过模拟进程间的竞争和互斥关系,观察进程同步与互斥的实现方式和效果。
我们选择了信号量机制和互斥锁机制作为实现进程同步和互斥的方法。
#include <stdio.h>#include <malloc.h>int processnum=0;struct pcb{int flag;int numlabel;char product;char state;struct pcb* processlink;}*exe=NULL,*over=NULL;typedef struct pcb PCB;PCB* readyhead=NULL,*readytail=NULL;PCB* consumerhead=NULL,*consumertail=NULL; PCB* producerhead=NULL,*producertail=NULL;int productnum=0;int buffersize=100;int full=0,empty=buffersize;char buffer[100];int bufferpoint=0;void linkqueue(PCB* process,PCB**tail);PCB* getq(PCB* head,PCB**tail);bool hasElement(PCB* pro);void display(PCB* p);void linklist(PCB* p,PCB* listhead);void freelink(PCB *linkhead);bool processproc();bool waitempty();bool waitfull();void signalempty();void signalfull();void producerrun();void comsuerrun();bool hasElement(PCB* pro);void linklist(PCB* p,PCB* listhead){PCB* cursor=listhead;while(cursor->processlink!=NULL){cursor=cursor->processlink;}cursor->processlink=p;}void freelink(PCB* linkhead){PCB* p;while(linkhead!=NULL){p=linkhead;linkhead=linkhead->processlink;free(p);}}void linkqueue(PCB* process,PCB** tail){if((*tail)!=NULL){(*tail)->processlink=process;(*tail)=process;}else{printf("队列未初始化!");}}PCB* getq(PCB* head,PCB** tail){PCB* p;p=head->processlink;if(p!=NULL){head->processlink=p->processlink;p->processlink=NULL;if(head->processlink==NULL)(*tail)=head;}elsereturn NULL;return p;}bool processproc(){int i,f,num;char ch;PCB*p=NULL;PCB** p1=NULL;printf("\n请输入希望产生的进程个数?");scanf("%d",&num);getchar();//if(num>=100){//printf("您怎么要产生这么多进程! Demands Denied!");//return false;//}for(i=0;i<num;i++){printf("\n请输入您要产生的进程:输入1为生产者进程:输入2为消费者进程\n");scanf("%d",&f);getchar();p=(PCB*)malloc(sizeof(PCB));if(!p){printf("内存分配失败");return false;}p->flag=f;processnum++;p->numlabel=processnum;p->state='w';p->processlink=NULL;if(p->flag==1){printf("您要产生的进程是生产者,它是第%d个进程。
进程同步的方法
进程同步是指在多个进程之间协调和同步它们的执行顺序,以避免出现互相干扰和冲突的情况。
在操作系统中,进程同步是非常重要的一部分。
以下是三种常用的进程同步的方法:
1. 信号量(semaphore)
信号量是最古老、最简单的同步机制,它是一个计数器,用于表示可用的资源数量。
当一个进程需要使用一个资源时,它必须首先获取一个信号量,然后在使用完资源后释放信号量,以便其他进程可以使用该资源。
如果没有可用的信号量,进程将被阻塞,直到一个信号量可用为止。
2. 互斥锁(mutex)
互斥锁是一种同步机制,它用于限制同时只能有一个进程访问共享资源。
进程在访问共享资源之前必须获取互斥锁。
如果互斥锁已被其他进程获取,则该进程将被阻塞,直到互斥锁可用。
当进程完成对共享资源的访问时,它必须释放互斥锁,以便其他进程也可以访问共享资源。
3. 条件变量(condition variable)
条件变量是一种同步机制,它允许进程等待另一个进程发出特定信号。
当一个进程需要等待某个事件发生时,它可以调用条件变量来等待。
一个进程可以发出特定信号来唤醒正在等待的进程。
条件变量通常与互斥锁一起使用,以确保线程在访问共享资源时是互斥的。
这些方法可以帮助进程在多个进程之间协调和同步它们的执行顺序,以避免出现互相干扰和冲突的情况。
但是,正确使用这些方法也需要开发人员对进程同步的理解和掌握。
实验一、进程管理与进程同步一、实验目的了解进程管理的实现方法,理解和掌握处理进程同步问题的方法。
二、实验内容实现银行家算法、进程调度过程的模拟、读者-写者问题的写者优先算法。
实验步骤:理解安全性算法和银行家算法的核心机制:针对3类资源、5个进程的情况,设计相应的数据结构,分别表示每个进程占用各类资源的情况;编程实现安全性算法函数,编制主函数,动态输入资源的占用情况,进程的资源申请,调用安全性函数,实现银行家算法;测试:输入可分配和不可分配的请求,测试系统的正确性。
三、实验环境Windows 2000;Microsoft Visual C++ 6.0四、程序源码与运行结果银行家算法代码:#include "malloc.h"#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#define alloclen sizeof(struct allocation)#define maxlen sizeof(struct max)#define avalen sizeof(struct available)#define needlen sizeof(struct need)#define finilen sizeof(struct finish)#define pathlen sizeof(struct path)struct allocation{int value;struct allocation *next;};struct max{int value;struct max *next;};struct available /*可用资源数*/{int value;struct available *next;};struct need /*需求资源数*/{int value;struct need *next;};struct path{int value;struct path *next;};struct finish{int stat;struct finish *next;};int main(){int row,colum,status=0,i,j,t,temp,processtest;struct allocation *allochead,*alloc1,*alloc2,*alloctemp;struct max *maxhead,*maxium1,*maxium2,*maxtemp;struct available *avahead,*available1,*available2,*workhead,*work1,*work2,*worktemp,*worktemp1; struct need *needhead,*need1,*need2,*needtemp;struct finish *finihead,*finish1,*finish2,*finishtemp;struct path *pathhead,*path1,*path2;printf("\n请输入系统资源的种类数:");scanf("%d",&colum);printf("请输入现时内存中的进程数:");scanf("%d",&row);printf("请输入已分配资源矩阵:\n");for(i=0;i<row;i++){for (j=0;j<colum;j++){printf("请输入已分配给进程 p%d 的 %c 种系统资源:",i,'A'+j);if(status==0){allochead=alloc1=alloc2=(struct allocation*)malloc(alloclen);alloc1->next=alloc2->next=NULL;scanf("%d",&allochead->value);status++;}else{alloc2=(struct allocation *)malloc(alloclen);scanf("%d,%d",&alloc2->value);if(status==1){allochead->next=alloc2;status++;}alloc1->next=alloc2;alloc1=alloc2;}}}alloc2->next=NULL;status=0;printf("请输入最大需求矩阵:\n");for(i=0;i<row;i++){for (j=0;j<colum;j++){printf("请输入进程 p%d 种类 %c 系统资源最大需求:",i,'A'+j);if(status==0){maxhead=maxium1=maxium2=(struct max*)malloc(maxlen);maxium1->next=maxium2->next=NULL;scanf("%d",&maxium1->value);status++;}else{maxium2=(struct max *)malloc(maxlen);scanf("%d,%d",&maxium2->value);if(status==1){maxhead->next=maxium2;status++;}maxium1->next=maxium2;maxium1=maxium2;}}}maxium2->next=NULL;status=0;printf("请输入现时系统剩余的资源矩阵:\n");for (j=0;j<colum;j++){printf("种类 %c 的系统资源剩余:",'A'+j);if(status==0){avahead=available1=available2=(struct available*)malloc(avalen); workhead=work1=work2=(struct available*)malloc(avalen);available1->next=available2->next=NULL;work1->next=work2->next=NULL;scanf("%d",&available1->value);work1->value=available1->value;status++;}else{available2=(struct available*)malloc(avalen);work2=(struct available*)malloc(avalen);scanf("%d,%d",&available2->value);work2->value=available2->value;if(status==1){avahead->next=available2;workhead->next=work2;status++;}available1->next=available2;available1=available2;work1->next=work2;work1=work2;}}available2->next=NULL;work2->next=NULL;status=0;alloctemp=allochead;maxtemp=maxhead;for(i=0;i<row;i++)for (j=0;j<colum;j++){if(status==0){needhead=need1=need2=(struct need*)malloc(needlen); need1->next=need2->next=NULL;need1->value=maxtemp->value-alloctemp->value;status++;}else{need2=(struct need *)malloc(needlen);need2->value=(maxtemp->value)-(alloctemp->value); if(status==1)needhead->next=need2;status++;}need1->next=need2;need1=need2;}maxtemp=maxtemp->next;alloctemp=alloctemp->next;}need2->next=NULL;status=0;for(i=0;i<row;i++){if(status==0){finihead=finish1=finish2=(struct finish*)malloc(finilen); finish1->next=finish2->next=NULL;finish1->stat=0;status++;}else{finish2=(struct finish*)malloc(finilen);finish2->stat=0;if(status==1){finihead->next=finish2;status++;}finish1->next=finish2;finish1=finish2;}}finish2->next=NULL; /*Initialization compleated*/status=0;processtest=0;for(temp=0;temp<row;temp++){alloctemp=allochead;needtemp=needhead;finishtemp=finihead;worktemp=workhead;for(i=0;i<row;i++)worktemp1=worktemp;if(finishtemp->stat==0){for(j=0;j<colum;j++,needtemp=needtemp->next,worktemp=worktemp->next) if(needtemp->value<=worktemp->value)processtest++;if(processtest==colum){for(j=0;j<colum;j++){worktemp1->value+=alloctemp->value;worktemp1=worktemp1->next;alloctemp=alloctemp->next;}if(status==0){pathhead=path1=path2=(struct path*)malloc(pathlen);path1->next=path2->next=NULL;path1->value=i;status++;}else{path2=(struct path*)malloc(pathlen);path2->value=i;if(status==1){pathhead->next=path2;status++;}path1->next=path2;path1=path2;}finishtemp->stat=1;}else{for(t=0;t<colum;t++)alloctemp=alloctemp->next;finishtemp->stat=0;}}elsefor(t=0;t<colum;t++){needtemp=needtemp->next;alloctemp=alloctemp->next;}processtest=0;worktemp=workhead;finishtemp=finishtemp->next;}}path2->next=NULL;finishtemp=finihead;for(temp=0;temp<row;temp++){if(finishtemp->stat==0){printf("\n系统处于非安全状态!\n"); exit(0);}finishtemp=finishtemp->next;}printf("\n系统处于安全状态.\n"); printf("\n安全序列为: \n");do{printf("p%d ",pathhead->value);}while(pathhead=pathhead->next);printf("\n");return 0;}运行结果:备注:输入数据为P110 银行家算法之例所用数据《计算机操作系统》(第三版)西安电子科技大学出版社银行家算法原理说明:银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。
操作系统实验报告三一、实验目的本次操作系统实验的目的在于深入了解操作系统的进程管理、内存管理和文件系统等核心功能,通过实际操作和观察,增强对操作系统原理的理解和掌握,提高解决实际问题的能力。
二、实验环境本次实验在 Windows 10 操作系统环境下进行,使用了 Visual Studio 2019 作为编程工具,并借助了相关的操作系统模拟软件和调试工具。
三、实验内容与步骤(一)进程管理实验1、创建多个进程使用 C++语言编写程序,通过调用系统函数创建多个进程。
观察每个进程的运行状态和资源占用情况。
2、进程同步与互斥设计一个生产者消费者问题的程序,使用信号量来实现进程之间的同步与互斥。
分析在不同并发情况下程序的执行结果,理解进程同步的重要性。
(二)内存管理实验1、内存分配与回收实现一个简单的内存分配算法,如首次适应算法、最佳适应算法或最坏适应算法。
模拟内存的分配和回收过程,观察内存的使用情况和碎片产生的情况。
2、虚拟内存管理了解 Windows 操作系统的虚拟内存机制,通过查看系统性能监视器观察虚拟内存的使用情况。
编写程序来模拟虚拟内存的页面置换算法,如先进先出(FIFO)算法、最近最少使用(LRU)算法等。
(三)文件系统实验1、文件操作使用 C++语言对文件进行创建、读写、删除等操作。
观察文件在磁盘上的存储方式和文件目录的结构。
2、文件系统性能测试对不同大小和类型的文件进行读写操作,测量文件系统的读写性能。
分析影响文件系统性能的因素,如磁盘碎片、缓存机制等。
四、实验结果与分析(一)进程管理实验结果1、创建多个进程在创建多个进程的实验中,通过任务管理器可以观察到每个进程都有独立的进程 ID、CPU 使用率、内存占用等信息。
多个进程可以并发执行,提高了系统的资源利用率。
2、进程同步与互斥在生产者消费者问题的实验中,当使用正确的信号量机制时,生产者和消费者能够协调工作,不会出现数据不一致或死锁的情况。
实验三:进程同步实验一、实验任务:(1)掌握操作系统的进程同步原理;(2)熟悉linux的进程同步原语;(3)设计程序,实现经典进程同步问题。
二、实验原理:(1)P、V操作PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下:P(S):①将信号量S的值减1,即S=S-1;②如果S³0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。
V(S):①将信号量S的值加1,即S=S+1;②如果S>0,则该进程继续执行;否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
(2)信号量信号量(semaphore)的数据结构为一个值和一个指针,指针指向等待该信号量的下一个进程。
信号量的值与相应资源的使用情况有关。
当它的值大于0时,表示当前可用资源的数量;当它的值小于0时,其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。
注意,信号量的值仅能由PV操作来改变。
一般来说,信号量S³0时,S表示可用资源的数量。
执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源,因此S的值减1;当S<0时,表示已经没有可用资源,请求者必须等待别的进程释放该类资源,它才能运行下去。
而执行一个V操作意味着释放一个单位资源,因此S 的值加1;若S£0,表示有某些进程正在等待该资源,因此要唤醒一个等待状态的进程,使之运行下去。
(3)linux的进程同步原语①wait();阻塞父进程,子进程执行;②#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>key_t ftok (char*pathname, char proj);它返回与路径pathname相对应的一个键值。
③int semget(key_t key, int nsems, int semflg)参数key是一个键值,由ftok获得,唯一标识一个信号灯集,用法与msgget()中的key 相同;参数nsems指定打开或者新创建的信号灯集中将包含信号灯的数目;semflg参数是一些标志位。
进程同步的方法
进程同步指的是在多个进程间实现互斥、协作和同步执行的方法。
以下是常见的几种进程同步方法:
1. 互斥锁
互斥锁是最常用的进程同步方法之一,在程序中通过加锁和解锁
来控制对共享资源的访问。
当一个进程已经持有了互斥锁时,其他进
程就需要等待锁被释放后才能获得锁。
互斥锁可以避免多个进程同时
修改同一个共享资源导致数据的混乱。
2. 信号量
信号量是一种计数器,用于控制对共享资源的访问。
当一个进程
需要使用共享资源时,它会尝试获得信号量,如果信号量的值大于零,则进程可以获得资源,并将信号量的值减一,表示该进程占用了一个
资源。
当进程使用完共享资源后,它会将信号量的值加一,表示释放
了该资源,其他进程则可以继续使用。
3. 事件
事件是一种进程同步方法,用于在多个进程间实现协作和同步执行。
它是一种对信号的扩展,可以用来通知进程发生了某个事件。
当
一个进程需要等待某个事件发生时,它会阻塞等待,直到事件触发后
才被唤醒继续执行。
4. 管程
管程是一种高级的进程同步方法,用于更为复杂的共享资源管理和多进程协作。
它是一种抽象的程序设计模型,其中包含了一组共享数据结构和一组操作这些数据结构的过程。
管程通过提供一些原始操作(如发送信号、等待事件等)来保证多个进程之间的正确协作和同步执行。
以上是常见的几种进程同步方法,应根据具体场景和需求选择合适的方法。
在编写程序时,应遵循好的编程习惯,充分测试程序,避免出现死锁等问题,以确保程序的正确性和稳定性。
操作系统实验报告实验3_1一、实验目的本次实验的主要目的是深入理解操作系统中进程管理的相关概念和原理,通过实际操作和观察,掌握进程的创建、调度、同步与互斥等关键机制,提高对操作系统内核工作原理的认知和实践能力。
二、实验环境本次实验在装有 Windows 10 操作系统的计算机上进行,使用了Visual Studio 2019 作为开发工具,编程语言为 C++。
三、实验内容与步骤(一)进程创建1、编写一个简单的 C++程序,使用系统调用创建一个新的进程。
2、在父进程和子进程中分别输出不同的信息,以区分它们的执行逻辑。
```cppinclude <iostream>include <windowsh>int main(){DWORD pid;HANDLE hProcess = CreateProcess(NULL, "childexe", NULL, NULL, FALSE, 0, NULL, NULL, NULL, &pid);if (hProcess!= NULL) {std::cout <<"Parent process: Created child process with PID "<< pid << std::endl;WaitForSingleObject(hProcess, INFINITE);CloseHandle(hProcess);} else {std::cerr <<"Failed to create child process" << std::endl;return 1;}return 0;}```(二)进程调度1、设计一个多进程并发执行的程序,通过设置不同的优先级,观察操作系统对进程的调度情况。
2、记录每个进程的执行时间和等待时间,分析调度算法的效果。
```cppinclude <iostream>include <windowsh>DWORD WINAPI ProcessFunction(LPVOID lpParam) {int priority =(int)lpParam;DWORD start = GetTickCount();std::cout <<"Process with priority "<< priority <<"started" << std::endl;for (int i = 0; i < 100000000; i++){//执行一些计算操作}DWORD end = GetTickCount();DWORD executionTime = end start;std::cout <<"Process with priority "<< priority <<" ended Execution time: "<< executionTime <<" ms" << std::endl;return 0;}int main(){HANDLE hThread1, hThread2;int priority1 = 1, priority2 = 2;hThread1 = CreateThread(NULL, 0, ProcessFunction, &priority1, 0, NULL);hThread2 = CreateThread(NULL, 0, ProcessFunction, &priority2, 0, NULL);if (hThread1!= NULL && hThread2!= NULL) {SetThreadPriority(hThread1, THREAD_PRIORITY_LOWEST);SetThreadPriority(hThread2, THREAD_PRIORITY_NORMAL);WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);CloseHandle(hThread1);CloseHandle(hThread2);} else {std::cerr <<"Failed to create threads" << std::endl;return 1;}return 0;}```(三)进程同步与互斥1、实现一个生产者消费者问题的程序,使用信号量来实现进程之间的同步与互斥。