操作系统实验一

操作系统第一次作业

实验一：操作系统初步

作业题目：

1.1 （系统调用实验）了解系统调用不同的封装形式。
（1）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？)。
（2）上机完成习题1.13。
（3）阅读pintos操作系统源代码，画出系统调用实现的流程图。
1.2
（并发实验）根据以下代码完成下面的实验。
（1）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）
（2）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。
1.3
（内存分配实验）根据以下代码完成实验。
（1）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)
（2）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 &
1.4 （共享的问题）根据以下代码完成实验。
（1）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）（执行命令1：./thread
1000）
（2）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。）
（3）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。

第1.1题解答：
（1）getpid的系统调用号是0x14，linux系统中断向量号是0x80，两种调用方式如下：


（2）两种调用方式如下。其中，linux的系统调用使用write函数。

（3）操作系统的pintos系统调用的实现如下：

第1.2题解答：

（1）根据代码和输出的信息可以看出，这个程序的作用是输出命令行参数中的内容。

（2）根据结果可以明显的看到输出的顺序与输入参数的顺序（ABCD）是不一致的。原因是因为四个程序在宏观上是一同运行的，微观上还是在cpu交替运行的，且优先级相同，先进行的程序不一定是先结束，所以这结束的顺序是不确定的，因此输出顺序也就是不确定的。

第1.3题解答：

（1）该程序的功能为：
1.程序分配了内存并打印出内存地址，然后将0放入内存的第一个位置。
2.循环并延迟一秒并递增存储在p中保存的值。
3.打印正在运行的程序的进程标识符。

（2）可以从运行结果看到，两个独立运行的程序并不共享一块物理地址。这是由于操作系统虚拟化了内存，每个进程访问自己的私有虚拟地址空间，操作系统以某种方式映射到机器的物理内存。一个正在运行的程序中的内存引用不会影响其他进程（或OS本身）的地址空间。

第1.4题解答：

（1&2）调用时输入的参数为1000。程序使用Pthread .create()创建两个线程，每个线程在worker（）的例程中运行，该函数的作用是循环递增的计数器，计数区间为1。当两个线程完成时，计数器的最终值为2000，因为每个线程将计数器递1000次。 所以可以推断当循环的输入值设置为N时，程序的期望输出为2N。再用100000做参数，输出为200000，用150000为参数时，输出300000，成功验证。

参数为150000时

（3）在以上解释的基础下，增大输入的参数，会发现得到的输入不再是2N。
原因：计数器递增，需要三个指令：计数器的值从存储器加载到寄存器中、递增、存储回内存。这意味着这三条指令不是同时执行的，指令调用顺序不固定。且countor、loops这两个全局变量是被这两个线程共享的。当参数变得很大时，就会由于指令调用顺序和参数共享的缘故导致结果不符合预期。