操作系统实验一: 操作系统初步_操作系统实验怎么做-优快云博客

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这篇博客介绍了操作系统实验，包括通过API和汇编调用系统调用的方式，理解并发实验中程序的执行特点，探讨内存分配中不同进程的内存空间，以及线程共享变量可能带来的问题。实验内容涵盖系统调用号、并发执行的封闭性和再现性、内存地址分配和线程安全。

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一、（系统调用实验）了解系统调用不同的封装形式。

要求：

参考下列网址中的程序。阅读分别运行用API接口函数getpid()直接调用和汇编中断调用两种方式调用Linux操作系统的同一个系统调用getpid的程序(请问getpid的系统调用号是多少？linux系统调用的中断向量号是多少？)。
上机完成习题1.13。
阅读pintos操作系统源代码，画出系统调用实现的流程图。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
	pid_t pid;
	asm volatile(
		"mov $0,%%ebx\n\t"
		"mov $0x14,%%eax\n\t"
		"int $0x80\n\t"
		"mov %%eax,%0\n\t"
		:"=m" (pid)
		);
	printf("%d\n",pid);
	return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()

{
	pid_t pid;
	pid = getpid();
	printf("%d\n",pid);
	return 0;
}

答：1、系统调用号和操作系统的位数和发行版本有关，其中Ubuntu 64 位机器上getpid的系统调用号是172。一般来说，Linux内核中getpid的系统调用号是39（64位）或者20（32位），这里系统调用号不同的原因是64位系统中对32位系统进行了兼容。在此，linux系统调用的中断向量号是0x80 ，系统调用号位0x14（十进制20）。

2、（1）linux系统调用的C函数形，代码如下

#include <stdio.h>

int main()

{

printf("Hello world!\n");

return 0;

}

（2）汇编代码形式，代码如下：

section data
msg db "Hello,world!",0xA
len equ $ msg;
section .text;
global start;

start:

	mov eax,4;

	mov abx,1;

	mov ecx,msg;

	mov edx,len;

	int 0x80;

	mov eax,1;

	xor ebx,ebx;

	int 0x80;

编译运行，屏幕上打印出Hello World!

3、阅读pintos操作系统源代码，系统调用实现的流程图如下。

二、（并发实验）根据以下代码完成下面的实验。

要求：

编译运行该程序（cpu.c），观察输出结果，说明程序功能。(编译命令： gcc -o cpu cpu.c –Wall)（执行命令：./cpu）
再次按下面的运行并观察结果：执行命令：./cpu A & ; ./cpu B & ; ./cpu C & ; ./cpu D &程序cpu运行了几次？他们运行的顺序有何特点和规律？请结合操作系统的特征进行解释。
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <assert.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

	if (argc != 2) {

		fprintf(stderr, "usage: cpu <string>\n");

		exit(1);

		}

	char *str = argv[1];

	while (1) {

		sleep(1);

		printf("%s\n", str);

		}

	return 0;

}
```
答：1、程序功能是输出给定argv[1]参数字母。2、程序cpu运行4次，程序功能是输出给定argv[1]参数字母，两次输出之间停顿1s，并换行。输出不按照参数给定的顺序。这是由于程序并发执行失去了程序的封闭性和再现性，程序和机器执行程序的活动不再一一对应。

实验截图如下所示：

三、（内存分配实验）根据以下代码完成实验。

要求：

阅读并编译运行该程序(mem.c)，观察输出结果，说明程序功能。(命令： gcc -o mem mem.c –Wall)
再次按下面的命令运行并观察结果。两个分别运行的程序分配的内存地址是否相同？是否共享同一块物理内存区域？为什么？命令：./mem &; ./mem &
```
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

	int *p = malloc(sizeof(int)); // a1

	assert(p != NULL);

	printf("(%d) address pointed to by p: %p\n",getpid(), p); // a2

	*p = 0; // a3

	while (1) {

	sleep(1);

	*p = *p + 1;

	printf("(%d) p: %d\n", getpid(), *p); // a4

	}

	return 0;

}
```
答：

1、该程序功能是创建一个进程，令指针p指向该内存空间，并输出该内存的地址，然后令p的值累加，依次输出进程识别码和p的当前值。运行结果如下图：

2、执行命令，发现为两个进程分别分配了两个物理地址，分别为0x11cb01，0x112f010。两个分别运行的程序分配的内存地址不相同，不共享同一块物理内存区域。运行结果如下图：

当关闭了ALSR 地址空间随机化后再次运行程序，会发现两个分别运行的程序分配的内存地址不相同，但是共享同一块物理内存区域，均为0x602010，运行结果如下：

四、（共享的问题）根据以下代码完成实验。

要求：

阅读并编译运行该程序，观察输出结果，说明程序功能。（编译命令：gcc -o thread thread.c -Wall –pthread）（执行命令1：./thread 1000）
尝试其他输入参数并执行，并总结执行结果的有何规律？你能尝试解释它吗？（例如执行命令2：./thread 100000）（或者其他参数。）
提示：哪些变量是各个线程共享的，线程并发执行时访问共享变量会不会导致意想不到的问题。

答：

1、程序的功能是创建两个线程，每个线程内都会将counter累加相应的次数，最终输出counter的值。