Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине «Операционные системы»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет – Автоматики и Вычислительной Техники

Направление – Информатика и Вычислительная Техника

Кафедра – Вычислительной техники


Отчет по лабораторной работе № 4

по дисциплине «Операционные системы»
«Процессы и межпроцессное взаимодействие»

Студент гр. 8В53 ______________________ Афанасьев А.А.

^{(подпись)}
Преподаватель ______________________ Шерстнев В.С.

^{(подпись)}


Томск – 2008

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Практическое знакомство с объектом процесс, основными механизмами передачи данных между процессами, а также синхронизацией

взаимодействующих процессов в ОС Unix.
ЗАДАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ: Изучить базовые возможностей оболочки bash ОС Unix по управлению

процессами (заданиями). Разработать приложения реализующие схему

«клиент»-«сервер» с использованием средств межпроцессного взаимодействия: семафоров, разделяемой памяти, программных каналов и одной очереди сообщений.

1. 
   Изучение команд для работы с процессами.
   

Команда ps выдает список протекающих в настоящее время процессов.

Если указать праметр –aux то будет выведен полный список процессов.

Команда jobs выдает список процессов запущенных пользователем.

Команды fg и bg служат для возобновления приостановленного процесса соответственно на «переднем плане» или в фоновом режиме.

Команда kill служит для уничтожения процессов, а killall – для уничтожения процессов по имени.
[root:~]# ps

PID TTY STAT TIME COMMAND

41 v01 S 0:12 -bash

42 v02 S 0:00 /sbin/getty tty2 VC console

43 v03 S 0:00 /sbin/getty tty3 VC console

44 v04 S 0:00 /sbin/getty tty4 VC console

142 v01 R 0:01 ps
[root:~]# ps -aux

USER PID %CPU %MEM SIZE RSS TTY STAT START TIME COMMAND

root 1 0.0 0.6 44 192 ? S 19:13 0:03 init

root 41 0.0 1.5 360 472 v01 S 19:15 0:13 -bash

root 42 0.0 0.6 56 192 v02 S 19:15 0:00 /sbin/getty tty2 VC c

root 22 0.0 0.7 68 240 ? S 19:15 0:01 /usr/sbin/crond

root 17 0.0 0.7 54 228 ? S 19:15 0:02 /sbin/syslogd

root 19 0.0 0.6 68 212 ? S 19:15 0:01 /usr/sbin/inetd

root 24 0.0 0.5 64 172 ? S 19:15 0:00 /usr/sbin/lpd

root 27 0.0 1.0 288 324 ? S 19:15 0:07 /usr/lib/sendmail -q1

root 43 0.0 0.6 56 192 v03 S 19:15 0:00 /sbin/getty tty3 VC c

root 44 0.0 0.6 56 192 v04 S 19:15 0:00 /sbin/getty tty4 VC c

root 31 2.0 0.2 5 68 ? S 19:15 5:57 /sbin/update

root 143 0.0 0.7 72 224 v01 R 23:59 0:01 ps -aux

[root:~]#


[root:~]# ./q2 &

[1] 144

[root:~]# jobs

[1]+ Running ./q2 &

[root:~]# fg

./q2
[1]+ Stopped ./q2

[root:~]# bg

[1]+ ./q2 &

[root:~]# ./q2
[1]+ Stopped ./q2

[root:~]# jobs

[1]+ Stopped ./q2

[root:~]# kill %1
[1]+ Stopped ./q2

[root:~]# jobs

[1]+ Terminated ./q2

[root:~]#

2. 
   Межроцессное взаимодействие.
   

Взаимодействие посредством разделяемой памяти.
В программе родительский процесс порождает дочерний процесс. Родительский процесс генерирует и помещает в разделяемую память числа, а дочерний процесс извлекает из памяти эти числа и находит их сумму. Синхронизация обеспечивается посредством семафоров.
Текст программы:
#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include
#define SVSEM_MODE S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH

#define SKEY 1234L
int main()

{
union semun arg;

struct semid_ds seminfo;

int oflag = SVSEM_MODE|IPC_CREAT;

struct sembuf psmb;
//Semaphore

int semid = semget(SKEY,1,oflag);

arg.buf = &seminfo;

arg.val = 1;

semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

//Memory
int length = 10;

int id = shmget(ftok("SH", 0), length, oflag);
char *pointer;

struct shmid_ds sharedMemoryBuf;


// lock

psmb.sem_num = 0;

psmb.sem_flg = 0;

psmb.sem_op = -1;

semop(semid, &psmb;, 1);


//Child_____________________
pid_t pid;

if ((pid = fork()) == 0)

{


//lock

int flag = SVSEM_MODE|IPC_EXCL;

int smd = semget(SKEY, 1, flag);

struct sembuf csmb;

csmb.sem_num = 0;

csmb.sem_flg = 0;

csmb.sem_op = -1;

semop(semid, &csmb;, 1);

pointer = (char*)shmat(id, NULL, 0);

shmctl(id, IPC_STAT, &sharedMemoryBuf;);


printf("Getted numbers:");

int sum=0;

for (int i=0; iprintf("%i",(int)*pointer); printf(" ");

sum+= (int)*pointer++;

}

printf ("Sum= "); printf ("%i",sum); printf(" ");

// unlock

csmb.sem_num = csmb.sem_flg = 0;

csmb.sem_op = 1;

semop(smd, &csmb;, 1);

exit(0);

}

//End of child process

pointer = (char*)shmat(id, NULL, 0);

shmctl(id, IPC_STAT, &sharedMemoryBuf;);
//Memory filling

for (int i = 0; i < sharedMemoryBuf.shm_segsz; i++)

{

int num=rand()%10;
*pointer++ = (char)num;


}

//unlock

psmb.sem_num = psmb.sem_flg = 0;

psmb.sem_op = 1;

semop(semid,&psmb;,1);

waitpid(pid, NULL, 0);

semctl(semid, 0, IPC_RMID,arg);

shmctl(id, IPC_RMID, NULL);

exit(0);

}
В общем виде работу программы можно описать следующим образом.

Родительский процесс блокирует семафор, заполняет память, разблокирует семафор и дожидается окончания дочернего процесса, дочерний процесс извлекает данные из памяти и находит сумму.
Результат выполнения.
[root:~]# ./b

Getted numbers:9 4 1 8 7 5 2 3 3 8 Sum= 50 [root:~]#

Взаимодействие посредством именованных каналов.
Имеются 2 программы клиент и сервер. Создаются 2 именованных канала один для передачи сообщения от клиента к серверу, другой – от сервера к клиенту.

Клиентский процесс отправляет строку серверу, сервер к этой строке добавляет свою и отправляет обратно клиенту.
Тексты программ:
Файл cf.cpp
#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define MAXLINE 128

#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)

#define FIFO1 "fifo1"

#define FIFO2 "fifo2"
int main() {

int readfd = -1,writefd = -1;

pid_t childpid = 0;

size_t n = 0;

char str[MAXLINE];
strcpy(str,"String from client ");
writefd = open(FIFO1, O_WRONLY, 0);

write(writefd,str,strlen(str));
sleep(1);
readfd = open(FIFO2, O_RDONLY, 0);

if (readfd != -1) {
cout <while ((n = read(readfd,str, MAXLINE)) > 0) {

str[n] = 0;
break;

}
}
cout<< str;
close(readfd);

close(writefd);
return 1;

}
Файл sf.cpp

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define MAXLINE 128

#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)

#define FIFO1 "fifo1"

#define FIFO2 "fifo2"
int main() {
char str[MAXLINE];

ssize_t n;

int readfd = -1,writefd = -1;
unlink(FIFO1);

unlink(FIFO2);

if (mkfifo(FIFO1, FILE_MODE) == EEXIST) cout<<"\n Pipes is exists"<
if (mkfifo(FIFO2, FILE_MODE) == EEXIST) cout<<"\n Pipes is exists"<
readfd = open(FIFO1, O_RDONLY);

while ((n = read(readfd,str, MAXLINE)) > 0) {

str[n] = 0;
break;

}
strcat(str," was catched by server");
writefd = open(FIFO2, O_WRONLY);

if ((writefd != -1)) write(writefd,str,strlen(str));

close(readfd);

close(writefd);

unlink(FIFO1);

unlink(FIFO2);
}
Результат: (сначала запускается серверный процесс в фоновом режиме, а затем клиентский)
[root:~]# ./sf &

[1] 192

[root:~]# ./cf

String from client String from client was catched by server[1]+ Done

./sf

[root:~]#
Взаимодействие посредством очереди сообщений.
Один из процессов помещает строку, введенную пользователем, в очередь сообщений, а другой получив это сообщение кодирует его по методу Юлия Цезаря и выводит на экран.
Файл q1
#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include
#define SVMSG_MODE (S_IWUSR)
struct {

long mtype;

char mtext[100];

} ptr;
int main()

{
int flag =SVMSG_MODE|IPC_CREAT;

int mqid;
char text[100];

gets(text);

mqid = msgget(ftok("queue", 0), flag);
ptr.mtype = 1;

strcpy(ptr.mtext,text);

msgsnd(mqid, (struct msgbuf*)(&ptr;),strlen(text)+1, 0);
msgctl(mqid,IPC_RMID,NULL);

return 0;

}


Файл q2
#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include
#define MSG_R (S_IRUSR | S_IRGRP | S_IROTH)

#define MAXMSG 100
struct {

long mtype;

char mtext[100];

} ptr;
int main()

{
int flag, mqid;

long type;

flag = 0;

type =1;
mqid = msgget(ftok("queue", 0), MSG_R|IPC_CREAT);

msgrcv(mqid,(struct msgbuf*)(&ptr;), MAXMSG, type, flag);
char text[MAXMSG];

strcpy(text,ptr.mtext);
for (int i=0;i
char c=text[i]; int num=(int)c;
switch(num) {

case 90: text[i]= 'A'; break;

case 122: text[i]='a'; break;
default: if ( ( (num>=65)&&(num<90) )||( (num>=97)&&(num<122) ) ) text[i]=(char)(num+1);

}
}

cout<< text;

return 0;

}

Результат выполнения.
[root:~]# ./q2 &

[5] 874

[root:~]# ./q1

render to Caesar the things that are Caesar's

sfoefs up Dbftbs uif uijoht uibu bsf Dbftbs't[5] Done ./q2

[root:~]#
Вывод: В лабораторной работе было рассмотрено такое понятие как процесс и методы работы с процессами, а также такие способы обмена данными между процессами, как разделяемая память, каналы сообщения и очереди сообщений. При этом был рассмотрен способ синхронизации посредством семафоров.