操作系統(tǒng)課程設(shè)計-信號機制實驗

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1、　　實驗手冊內(nèi)容：　　(一) 信號機制實驗　　實驗?zāi)康?lt;/b>　　1、了解什么是信號　　2、熟悉LINUX系統(tǒng)中進程之間軟中斷通信的基本原理<

2、/p>　　實驗內(nèi)容　　1、編寫程序：用fork( )創(chuàng)建兩個子進程，再用系統(tǒng)調(diào)用signal( )讓父進程捕捉鍵盤上來的中斷信號（即按^c鍵）；捕捉到中斷信號后，父進程用系統(tǒng)調(diào)用kill( )向兩個子進程發(fā)出信號，子進程捕捉到信號后分別輸出下列信息后終止：　　Child process1

3、is killed by parent!　　Child process2 is killed by parent!　　父進程等待兩個子進程終止后，輸出如下的信息后終止：　　Parent process is killed!　　2、分析利用軟中斷通信實現(xiàn)進程同步的機理<

4、;/p>　　實驗指導(dǎo)　　一、信號　　1、信號的基本概念　　每個信號都對應(yīng)一個正整數(shù)常量(稱為signal number,即信號編號。定義在系統(tǒng)頭文件<signal.

5、h>中)，代表同一用戶的諸進程之間傳送事先約定的信息的類型，用于通知某進程發(fā)生了某異常事件。每個進程在運行時，都要通過信號機制來檢查是否有信號到達。若有，便中斷正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)向與該信號相對應(yīng)的處理程序，以完成對該事件的處理；處理結(jié)束后再返回到原來的斷點繼續(xù)執(zhí)行。實質(zhì)上，信號機制是對中斷機制的一種模擬，故在早期的UNIX版本中又把它稱為軟中斷。　　信號與中斷的相似點：

6、　?。?）采用了相同的異步通信方式；　?。?）當(dāng)檢測出有信號或中斷請求時，都暫停正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序；　　（3）都在處理完畢后返回到原來的斷點；　?。?）對信號或中斷都可進行屏蔽。　　信號與中斷的區(qū)別：</b

7、>　?。?）中斷有優(yōu)先級，而信號沒有優(yōu)先級，所有的信號都是平等的；　?。?）信號處理程序是在用戶態(tài)下運行的，而中斷處理程序是在核心態(tài)下運行；　?。?）中斷響應(yīng)是及時的，而信號響應(yīng)通常都有較大的時間延遲。　　信號機制具有以下三方面的功能：<

8、;p>　?。?）發(fā)送信號。發(fā)送信號的程序用系統(tǒng)調(diào)用kill( )實現(xiàn)；　?。?）預(yù)置對信號的處理方式。接收信號的程序用signal( )來實現(xiàn)對處理方式的預(yù)置；　　（3）收受信號的進程按事先的規(guī)定完成對相應(yīng)事件的處理。　　2、信號的發(fā)送<p

9、>　　信號的發(fā)送，是指由發(fā)送進程把信號送到指定進程的信號域的某一位上。如果目標(biāo)進程正在一個可被中斷的優(yōu)先級上睡眠，核心便將它喚醒，發(fā)送進程就此結(jié)束。一個進程可能在其信號域中有多個位被置位，代表有多種類型的信號到達，但對于一類信號，進程卻只能記住其中的某一個。　　進程用kill( )向一個進程或一組進程發(fā)送一個信號。　　3、對信號的

10、處理　　當(dāng)一個進程要進入或退出一個低優(yōu)先級睡眠狀態(tài)時，或一個進程即將從核心態(tài)返回用戶態(tài)時，核心都要檢查該進程是否已收到軟中斷。當(dāng)進程處于核心態(tài)時，即使收到軟中斷也不予理睬；只有當(dāng)它返回到用戶態(tài)后，才處理軟中斷信號。對軟中斷信號的處理分三種情況進行：　?。?）如果進程收到的軟中斷是一個已決定要忽略的信號（function=1），進程不做

11、任何處理便立即返回；　?。?）進程收到軟中斷后便退出（function=0）；　?。?）執(zhí)行用戶設(shè)置的軟中斷處理程序。　　二、所涉及的中斷調(diào)用　　1、kill( )　　系統(tǒng)調(diào)

12、用格式　　int kill(pid,sig)　　參數(shù)定義　　int pid,sig;　　其中，pid是一個或一組進程的標(biāo)識符，參數(shù)sig是要發(fā)送的軟中斷信號。　?。?）

13、pid>0時，核心將信號發(fā)送給進程pid。　?。?）pid=0時，核心將信號發(fā)送給與發(fā)送進程同組的所有進程。　?。?）pid=-1時，核心將信號發(fā)送給所有用戶標(biāo)識符真正等于發(fā)送進程的有效用戶標(biāo)識號的進程。　　2、signal( )　　預(yù)置對信號的處理方式，允許調(diào)用進

14、程控制軟中斷信號。　　系統(tǒng)調(diào)用格式　　signal(sig,function)　　頭文件為　　#include <signal.h><b

15、>　　參數(shù)定義　　signal(sig,function)　　int sig;　　void (*func) ( )　　其中sig用于指定信號的類型，sig為0則表示沒有收到任何信號，余者如下表：</p

16、>　　function：在該進程中的一個函數(shù)地址，在核心返回用戶態(tài)時，它以軟中斷信號的序號作為參數(shù)調(diào)用該函數(shù)，對除了信號SIGKILL，SIGTRAP和SIGPWR以外的信號，核心自動地重新設(shè)置軟中斷信號處理程序的值為SIG_DFL（進程終止），一個進程不能捕獲SIGKILL信號。　　function 的解釋如下：　?。?）f

17、unction=1（即SIG_IGN）時，進程對sig類信號不予理睬，亦即屏蔽了該類信號；　?。?）function=0(即SIG_DFL)時，缺省值，進程在收到sig信號后應(yīng)終止自己；　　（3）function為非0、非1類整數(shù)時，function的值即作為信號處理程序的指針。　　三、參考程序

18、　　#include <stdio.h>　　#include <signal.h>　　#include <unistd.h>　　void waiting( ),stop( );

19、;　　int wait_mark;　　main( )　　{　　int p1,p2,stdout;　　while((p1=fork( ))= =-1); /*創(chuàng)建子進程p1*/</

20、p>　　if (p1>0)　　{　　while((p2=fork( ))= =-1); /*創(chuàng)建子進程p2*/　　if(p2>0)

21、　　{　　wait_mark=1;　　signal(SIGINT,stop); /*接收到^c信號，轉(zhuǎn)stop*/　　waiting( );　　kill(p1,16); /*向p1發(fā)軟中斷信號16

22、*/　　kill(p2,17); /*向p2發(fā)軟中斷信號17*/　　wait(0); /*同步*/　　wait(0);　　printf("Parent process is killed!\

23、n");　　exit(0);　　}　　else　　{　　wait_m

24、ark=1;　　signal(17,stop); /*接收到軟中斷信號17，轉(zhuǎn)stop*/　　waiting( );　　lockf(stdout,1,0);　　printf("Child process 2 is killed by parent!\n&qu

25、ot;);　　lockf(stdout,0,0);　　exit(0);　　}　　}　　else&l

26、t;/b>　　{　　wait_mark=1;　　signal(16,stop); /*接收到軟中斷信號16，轉(zhuǎn)stop*/　　waiting( );　　lockf(stdo

27、ut,1,0);　　printf("Child process 1 is killed by parent!\n");　　lockf(stdout,0,0);　　exit(0);　　}

28、}　　void waiting( )　　{　　while(wait_mark!=0);　　}　　void stop( )</p&

29、gt;　　{　　wait_mark=0;　　}　　四、運行結(jié)果　　屏幕上無反應(yīng)，按下^C后，顯示 Parent process i

30、s killed!　　五、分析原因　　上述程序中，signal( )都放在一段程序的前面部位，而不是在其他接收信號處。這是因為signal( )的執(zhí)行只是為進程指定信號值16或17的作用，以及分配相應(yīng)的與stop( )過程鏈接的指針。因而，signal( )函數(shù)必須在程序前面部分執(zhí)行。<

31、;p>　　本方法通信效率低，當(dāng)通信數(shù)據(jù)量較大時一般不用此法。　　六、思考　　1、該程序段前面部分用了兩個wait(0)，它們起什么作用？　　2、該程序段中每個進程退出時都用了語句exit(0)，為什么？　　3、為何預(yù)期的結(jié)果并未

32、顯示出？　　4、（重點）程序該如何修改才能得到正確結(jié)果？（實驗報告中寫出完整程序）　　5、*不修改程序如何得到期望的輸出？（給出合理的思路即可）　　以下為實驗報告部分：　　實驗信號機制

33、姓名 Lee QQ 615824191　　實驗?zāi)康?lt;/b>　　1、了解什么是信號　　2、熟悉LINUX系統(tǒng)中進程之間軟中斷通信的基本原理　　實驗內(nèi)容</p&g

34、t;　　1、編寫程序：用fork( )創(chuàng)建兩個子進程，再用系統(tǒng)調(diào)用signal( )讓父進程捕捉鍵盤上來的中斷信號（即按^c鍵）；捕捉到中斷信號后，父進程用系統(tǒng)調(diào)用kill( )向兩個子進程發(fā)出信號，子進程捕捉到信號后分別輸出下列信息后終止：　　Child process1 is killed by parent!　　Child p

35、rocess2 is killed by parent!　　父進程等待兩個子進程終止后，輸出如下的信息后終止：　　Parent process is killed!　　2、分析利用軟中斷通信實現(xiàn)進程同步的機理　　實驗步驟</p&

36、gt;　　將參考程序用vi編輯器錄入，然后編譯執(zhí)行　　#include <stdio.h>　　#include <signal.h>　　#include <unistd.h>　　void waiting( ),st

37、op( );　　int wait_mark;　　main( )　　{　　int p1,p2,stdout;　　while((p1=fork( ))= =-

38、1); /*創(chuàng)建子進程p1*/　　if (p1>0)　　{　　while((p2=fork( ))= =-1); /*創(chuàng)建子進程p2*/　　if(p2&

39、gt;0)　　{　　wait_mark=1;　　signal(SIGINT,stop); /*接收到^c信號，轉(zhuǎn)stop*/　　waiting( );　　kill(p1

40、,16); /*向p1發(fā)軟中斷信號16*/　　kill(p2,17); /*向p2發(fā)軟中斷信號17*/　　wait(0); /*同步*/　　wait(0);　　printf("

41、Parent process is killed!\n");　　exit(0);　　}　　else　　{<

42、;/p>　　wait_mark=1;　　signal(17,stop); /*接收到軟中斷信號17，轉(zhuǎn)stop*/　　waiting( );　　lockf(stdout,1,0);　　printf("Child process 2

43、 is killed by parent!\n");　　lockf(stdout,0,0);　　exit(0);　　}　　}

44、　　else　　{　　wait_mark=1;　　signal(16,stop); /*接收到軟中斷信號16，轉(zhuǎn)stop*/　　waiting( );</p&

45、gt;　　lockf(stdout,1,0);　　printf("Child process 1 is killed by parent!\n");　　lockf(stdout,0,0);　　exit(0);&

46、lt;p>　　} }　　void waiting( )　　{　　while(wait_mark!=0);　　}<

47、p>　　void stop( )　　{　　wait_mark=0;　　}　　運行結(jié)果　　屏幕上無反應(yīng)，按下^C

48、后，顯示 Parent process is killed!　　分析原因　　上述程序中，signal( )都放在一段程序的前面部位，而不是在其他接收信號處。這是因為signal( )的執(zhí)行只是為進程指定信號值16或17的作用，以及分配相應(yīng)的與stop( )過程鏈接的指針。因而，signal( )函數(shù)必須在程序

49、前面部分執(zhí)行。　　思考　　1. 該程序段前面部分用了兩個wait(0)，它們起什么作用？　　該程序段前面部分用的兩個 wait(0) 是為了讓父進程等待子進程結(jié)束后再結(jié)束自己，在此過程中，父進程處于掛起狀態(tài)。　　2. 該程序段中每個進

50、程退出時都用了語句exit(0)，為什么？　　用 exit(0) 是為了讓子進程自我終止，正常退出。　　3. 為何預(yù)期的結(jié)果并未顯示出？　　p1、p2 都會捕捉該中斷信號。對于父進程，當(dāng)它捕捉到中斷信號后就會就會轉(zhuǎn)向程序中指定的函數(shù)“stop()”，當(dāng)“stop()”執(zhí)行完畢后，父進程被喚醒，從中斷處繼續(xù)運行。對

51、于子進程，由于沒有給它們指定收到中斷信號后的動作，它們會在捕捉到中斷信號后執(zhí)行默認操作，即結(jié)束自己。所以當(dāng)我們發(fā)出中斷信號后，父進程按預(yù)計方式正常執(zhí)行，而 p1、p2 就被自己結(jié)束了，從而也就不會有預(yù)計的結(jié)果了。　　4. 程序該如何修改才能得到正確結(jié)果？　　為了使程序運行得到正確的結(jié)果，可以在每個子進程程序段開頭加上忽略“^C”中斷信號的語句，即：sig

52、nal(SIGINT,SIG_IGN) 。　　#include <stdio.h>　　#include <signal.h>　　#include <unistd.h>　　#include <stdlib.h></p&g

53、t;　　void waiting() ;　　void stop() ;　　int wait_mark ;　　main() {　　int p1,p2,stdout ;　　w

54、hile((p1 = fork()) == -1) ;　　if (p1 > 0) {　　while((p2 = fork()) == -1) ;　　if (p2 > 0) {　　wait_mark = 1 ;　　sig

55、nal(SIGINT,stop) ;　　waiting() ;　　kill(p1,16) ;　　kill(p2,17) ;　　wait(0) ;　　wait(0) ;<

56、/b>　　printf("Parent process is killed !\n") ;　　exit(0) ;　　} else {　　signal(SIGINT,SIG

57、_IGN) ;　　wait_mark = 1 ;　　signal(17,stop) ;　　waiting() ;　　lockf(stdout,1,0) ;　　printf("Child process 2 is kill

58、ed by parent !\n") ;　　lockf(stdout,0,0) ;　　exit(0) ;　　}　　} else {

59、;　　signal(SIGINT,SIG_IGN) ;　　wait_mark = 1 ;　　signal(16,stop) ;　　waiting() ;　　lockf(stdout,1,0) ;　　print

60、f("Child process 1 is killed by parent !\n") ;　　lockf(stdout,0,0) ;　　exit(0) ;　　}<b&g

61、t;　　}　　void waiting() {　　while(wait_mark != 0) ;　　}　　void stop() {　　wait_mark = 0 ;<

62、;/p>　　}　　不修改程序如何得到期望的輸出？　　在不修改程序的情況下要輸出期望的結(jié)果，可以單獨向父進程發(fā)送SIGINT信號，這樣即可避免子進程由于收到SIGINT信號執(zhí)行默認操作而自我終止，具體實現(xiàn)方法：　?。ㄔ搶嶒炛谐绦蛎麨椋篸emo2）&l

63、t;/p>　　首先讓程序在后臺運行，命令：./demo2&　　執(zhí)行該命令后，會在后臺生成3個進程，使用ps命令可以查看到它們的PID （相對小的PID應(yīng)該為父進程的PID，原因是創(chuàng)建時間相對早）。　　然后向后臺的父進程發(fā)送SIGINT信號，命令：kill –SIGINT 28664 (其中28664為父進程的PID)&

64、lt;/p>　　具體實驗結(jié)果見下圖：　　心得與體會　　通過該實驗，我對 UNIX/LINUX 下軟中斷的實現(xiàn)原理與機制有了一個初步的認識，可以用kill() 函數(shù)和signal() 函數(shù)實現(xiàn)簡單的軟中斷程序，并且領(lǐng)會到了程序中wait_mark 所起的作用。在研究第五個思考題時，學(xué)習(xí)了進程

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