操作系统实验-实验一 进程管理与进程通信

一、 实验目的
1、掌握进程的概念，明确进程的含义。
2、认识并了解进程并发执行的实质，进程的阻塞与唤醒，终止与退出的过程。
3、熟悉进程的睡眠、同步、撤消等进程控制方法。
4、分析进程竞争资源的现象，学习解决进程互斥的方法 。
5、了解什么是信号，利用信号量机制熟悉进程间软中断通信的基本原理，
6、熟悉消息传送的机理 ，共享存储机制 。

二、 实验内容
1、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并发执行，观察实验结果并分析原因。
2、用fork( )创建一个进程，再调用exec( )，用新的程序替换该子进程的内容，利用wait( )来控制进程执行顺序，掌握进程的睡眠、同步、撤消等进程控制方法，并根据实验结果分析原因。
3、编写一段多进程并发运行的程序，用lockf( )来给每一个进程加锁，以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象及原因。
4、编写程序：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^c键）；捕捉到中断信号后，父进程用系统调用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 process1 is killed by parent!
Child process2 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!
分析利用信号量机制中的软中断通信实现进程同步的机理。
5、使用系统调用msgget( ),msgsnd( ),msgrev( ),及msgctl( )编制一长度为1k的消息发送和接收的程序，并分析消息的创建、发送和接收机制及控制原理。
6、编制一长度为1k的共享存储区发送和接收的程序，并设计对该共享存储区进行互斥访问及进程同步的措施，必须保证实现正确的通信。
7、编写程序实现进程的管道通信。用系统调用pipe( )建立一管道，二个子进程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!
父进程从管道中读出二个来自子进程的信息并显示（要求先接收P1，后P2），分析管道通信机制及控制原理。

三、实验原理
略
四、实验中用到的系统调用函数（包括实验原理中介绍的和自己采用的），自己采用的系统调用函数要按照指导书中的格式说明进行介绍。
本实验的用到的主要系统调用函数：
Fork, exec, wait, exit, getpid, sleep, lockf, kill, signal, read, write, msgget, msgsnd, msgrcv, msgctl，shmget, shmat, shmdt, shmctl，pipe。

五、实验步骤
1、父进程通过fork()系统调用创建两个子进程，如果fork( )调用成功，它向父进程返回子进程的PID，并向子进程返回0，即fork( )被调用了一次，但返回了两次。三个进程并发执行，将fork()函数的返回值赋于两个变量pid1和pid2，父进程输出“父进程”，两个子进程分别输出“子进程1”和“子进程2”，三个进程的输出有随机性。

2、父进程创建一个子进程，如果子进程创建成功，若此时是父进程正在运行，则父进程用wait()来进行等待操作，将CPU交给子进程，子进程获得CPU后，开始运行，用系统中bin目录下的ls命令程序装入子进程运行的地址，即用ls命令程序代替子进程。当子进程运行完毕，父进程继续运行输出，程序运行完毕。

3、父进程创建两个子进程，若是父进程运行，则输出parent 0、parent1、parent2、parent3，若子进程运行，则输出son0、son1、son2、son3或daughter0、daughter1、daughter2、daughter3。给父进程和两个子进程都加上锁，保证其中的一个在占用资源时不会被别的进程干扰。

4、利用信号软中断机制，开始时两个子进程都保持阻塞，直到父进程向子进程发送软中断信号，父进程进入阻塞状态，子进程才能继续运行，输出“child process1 is killed by parent!” “child process2 is killed by parent!” ,子进程执行后，父进程继续执行，输入“parent process is kiled!”。

5、当进程要发消息给另一个进程时，会先向系统申请一个缓冲区，把消息写进去，接着把该缓冲区连接到接受方的一个消息队列中，并通知接受者，接收方进程可以从消息队列中取出消息，并释放缓冲区。思路是建立一个服务端负责接收消息，这个服务端要创建一个消息队列，服务器端可以从中取出消息；再建立一个客户端，将消息写入消息队列中，达到发送消息的效果。

6、我们首先要创建一个共享存储区，然后两个进程按序依次进行读写操作，服务端总是设置该存储区取值为-1，只有存储区取值为-1时客户端才可以对存储区进行修改，服务端在不是-1的情况下可以接收信息，并且在接收信息后存储区要重新赋值-1。

7、首先创建一个管道，定义两个数组outpipe、inpipe来存放写入管道和从管道读出的数据，父进程用fork( )创建两个子进程，子进程用write( )向管道中写入数据，父进程用read( )从管道中读取数据，再输出到屏幕上。通过加锁互斥并发运行使父进程从管道中先接收子进程1的信息，再接收子进程2 的信息。

六、实验数据及源代码（学生必须提交自己设计的程序源代码，并有注释，源代码电子版也一并提交），包括思考题的程序。
1、

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
   
	pid_t pid1,pid2;        //进程标识符
	pid1 = fork();     //创建一个新的进程
	if(pid1<0)
	{
   
		printf("创建进程失败!");
		exit(1);
	}
	else if(pid1==0)   //如果pid为0则表示当前执行的是子进程
	{
   
		printf("子进程1");
	}
	else          //否则为父进程
	{
   
		pid2 = fork();//創建一個新的进程
		if(pid2<0)
		{
   
			printf("创建进程失败!");
			exit(1);
		}
		else if(pid2==0)   //如果pid为0则表示当前执行的是子进程
		{
   
			printf("子进程2");
		}
		else          //否则为父进程
		{
   
			printf("父进程");
		}
	}
	return 0;
}

2、

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
         
        int pid;    
        pid=fork( );         /*创建子进程*/
	if(pid==-1)         /*进程创建失败*/
	{
   
		printf("进程创建失败\n");
                exit(1);     
	}
	else if(pid==0)      /*子进程运行*/
	{
   
		execl("/bin/ls","ls","-l",(char*)0);   
                printf("执行失败\n");
                exit(1);
        }
        else                 /*父进程*/
        	wait(NULL);                  /*同步*/
                printf("程序执行完毕\n");
                exit(0);
}

3、

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
   
	int p1,p2,i;
	p1=fork();          //创建进程
	p2=fork();
     	if(p1==0)
       	{
   
           	lockf(1,1,0);     //加锁
           	for(i=0;i<4;i++)
           	{
   
               		printf("parent %d\n",i);
                }
           	lockf(1,0,0);   //解锁
           	wait(0);  //保证子进程终止前，父进程不终止
           	exit(0);
       	}
     	else
      	{
   
           	if(p2==0)
             	{
   
                 	lockf(1,1,0);     //加锁
                 	for(i=0;i<4;i++