操作系统编程模拟多进程共享临界资源linuc语言
一、课程设计目的本课程设计是学生学习完计算机操作系统课程后，进行的一次全面的 综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深 对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。二、课程设计要求从课程设计的目的出发，通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求 每位同学从所给题目中任选一个（如自拟题目，需经教师同意），且必须独立完 成课程设计，不能相互抄袭。设计完成后，将所完成的作品交由老师检查。 要求写出一份详细的设计报告。三、课程设计题目编程模拟多进程共享临界资源1、要求产生至少 3 个进程：2、两个进程模拟需要进入临界区的用户进程，当需要进入临界区时，显示:“进程x请求进入临界区.”，同时向管理进程提出申请；在临界区中等待一段 随机时间，并显示：“进程x正在临界区.”；当时间结束，显示：“进程x退出 临界区.”,同时向管理进程提出退出申请。3、一个进程作为原语级管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：如果 允许进入，则设置相应变量，然后返回；如果不允许进入，则进入循环等待， 直到允许为止；4、对临界区的访问应遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准 则。5、进程间通信可以采用信号、消息传递、管道或网络通信方式。五、课程设计实现原理通过编写，创建两个进程模拟需要进入临界区，另外编写一个进程作为原 语的管理进程，其负责两个进程的进入！接着设置一个临界区，让其进程在其 中访问遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。当进程和临界区建立好后，临界区的数据传输，受到了系统硬件的支持，不耗费多余的资源；而进程间通信传递，由软件进行控制和实现，需要消耗一 定的 CPU 资源。从这个意义上讲，临界区更适合频繁和大量的数据传输。进程信息的传递，自身就带有同步的控制。当等到信息的时候，进程进入 睡眠状态，不再消耗 CPU 资源。而共享队列如果不借助其他机制进行同步，接 收数据的一方必须进行不断的查询，白白浪费了大量的PU资源。六、课程设计思想、方法和技术（含数据结构、算法、流程图）6.1 、设计思想和设计函数功能：6.1.1 、总体构思：软件主要是由两部分组成：用户进程和管理进程;管理进程：控制设置相应的临界区，实现对临界区的访问应遵循空闲让进、 忙则等待、有限等待、让权等待的准则。 用户进程：循环的随机申请进入临界区，进入临界区执行一段时间，再申请结 束。6.1.2 、具体功能：用户进程随机的进入 cpu 执行，先向在信息队列中写入自己的信息（已经 约定好的信息类型）然后给管理进程发送信号（告知管理进程申请进入临界区 并已在消息队列中写入自己的信息）。然后循环的读取管理进程给用户进程发回的回馈信息（针对当前临界区的 状态）允许进入、临界区忙等待。如果允许进入则在临界区执行一段时间 以后，申请退出，给管理进程发退出的信号，管理进程再给用户进程发送回馈 信息。取会指导回馈信息以后则这次过程结束，进入新的过程。管理进程接收申请进入的信号，在消息队列中取下申请进入队列的用户进 程的信息，针对当前临界区状态，写一个回馈信息放入消息队列。6.2、包含的数据结构6.1.1 、临界区：Struct crformInt sem; /临界区的信号量值 semInt head; /临界区等待队列的头，指向的是最先到的进程Int tail; /临界区等待队列的尾，指向的是进入等待队列的进程Int duilie20; /存放的是等待的进程的信息，以便唤醒 cr;Cr.sem=1; /初始临界区信号量必须为一，因为只允许一个进程进入临界区Cr.head=0; /初始时指向等待队列的第一个单元Cr.tail=0;6.1.2 、消息队列：Struct msgformLong msgtype; /消息的类型，在取消息队列时用于区分哪些是该取的信息Int mtext; /信息的内容，在这里是申请退出进程的信息;6.3、主要用到的技术6.3.1 进程创建和控制：系统调用：fork （）包含头文件<unis td.h>关键的语句：int x,y;wh il e(x二fork()=-l);/创建子进程 1if(x=0)/子进程 1 执行程序段elsewhile(y=fork()=-1);if(y=0)/子进程 2 执行程序段else/父进程执行程序段6.3.2 软中断：系统调用kill ()和signal ()包含头文件：<sys/types.h>和<signal.h>Kill(pid,signalname)发送信号给pid号为pid的进程，中断类型为signalname6.3.3 消息队列：系统调用 msgget()、msgsnd()、msgrev()、msgctl()包含头文件： <sys/msg.h>6.4、设计流程图丿一勺 脅rl 违界息 里115肖 -:=逬 _ 件申二 毫息 三一- 'C省在图1 用户进程流程图图2 管理进程图3 申请进入临界区处理子进程子函数2 （申请退出临界区）无有忖Bl唤醒等待队列最早申请的进程发送唤醒消息）修改临界区状态信号量加一）发送允许退出消息发送允许退出消息返回开始图4 申请退出处理子程序七、运行环境Linux 操作系统C+编译器八、开发工具和编程语言开发工具：C+编译器编程语言： C 语言九、详细设计子函数一：void into()申请进入临界区msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);sem-;一旦申请进入临界区，减一msgrcv(msgqid，&msg,4,1,0); /接收消息一申请进入进程发送的类型为1msg.msgtype=msg.mtext; /并把接收到的消息内容作为回馈消息的消息类型 if(sem>=0) /判断此时进程的状态，sem=0可以获得临界区if(msg.mtext=3)printf(" p1 IN areann");elseprintf(" p2 IN areann");msg.mtext=1; /现在允许进入，发送内容为1的消息给申请进程 msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);elseif(msg.mtext=3)printf(" p1 IN waitingnn");elseprintf(" p2 IN waitingnn");cr.duilietail=msg.mtext;tail+;msg.mtext=-1;msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);/若临界区忙，发送进入等待队列的消息给申请进入的进程子函数二：void out()msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT);msgrcv(msgqid,&msg,4,2,0); /从消息队列上取下申请退出的消息sem+;if(tail!=head) /查看等待队列中是否有等待进入临界区的队列/有则唤醒等待队列中等待的进程，并允许申请退出的进程退出 if(msg.mtext=3)printf(" p1 OUT areann");elseprintf(" p2 OUT areann");msg.msgtype=msg.mtext;msg.mtext=0;msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);pid2=cr.duilietail;tail+;msg.mtext=1;msg.msgtype=pid2;if(pid2=3)printf(" p1 IN areann");elseprintf(" p2 IN areann");msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);msg.mtext=1;else/如果等待队列上没有等待进入临界区的进程，直接向申请退出的进程发送消息,允许退出if(msg.mtext=3)printf(" p1 OUT areann");elseprintf(" p2 OUT areann");msg.msgtype=msg.mtext;msg.mtext=0; msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);int main()int sem=1;int head=0;int tail=0;int msgqid1;msgqid1=msgget(MSGKEY,0777);msgctl(msgqid1,IPC_RMID,NULL);int m1,m2;int q,t;int pid;q=MAXTIMES;t=MAXTIMES;int count1,count2;struct msgform msg;int msgqid;pid=getpid();signal(10,into); /建立连接，收到软中断后转向 INTO 子处理程序signal(12,out); /建立连接，收到软中断后转向OUT子处理程序msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /获取消息队列的队列号 while(p1=fork()=-1);if(p1=0)count1=10;while(count1>0)q=MAXTIMES; /设置有限等待次数msg.mtext=3;msg.msgtype=1; /申请进入临界区的消息类型都为1printf(" p1 Qing IN areann");msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);/发送申请进入的消息kill(pid,10); /发送申请进入的信号while(q>0)msgrcv(msgqid,&msg,sizeof(int),3,0); /接收管理进程发送的回馈信息 m1=msg.mtext;if(m1=1)/判断回馈信息，有三种情况：允许进入，忙进入等待队列、允许退出msg.msgtype=2;msg.mtext=3;printf(" p1 Qing OUT areann");msgsnd(msgqid,&msg,sizeof(int),0);kill(pid,12);continue;elseif(m1=-1)q-;elseif(m1=0)break;
