廣東海洋大學(xué)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、班級：計科1141 學(xué)號：201411621110姓名：鄧超榮實(shí)驗(yàn)一進(jìn)程同步與互斥實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解多進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時因控制不當(dāng)而導(dǎo)致的運(yùn)行結(jié)果不確定的競爭條件現(xiàn)象、以及消除競爭條件所采取的措施。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有一個數(shù)據(jù)文件，名字是data,其中存放了一個十進(jìn)制正整數(shù)?，F(xiàn)有一個程序，該程序讀出文件data中的數(shù)據(jù)、將其加一、再將結(jié)果更新到data之中，上述動作重復(fù)進(jìn)行一百萬次。如下給出完成上述功能的源程序：01 #include <stdio.h>02 #include <stdlib.h>03 #include <fcntl.h>04 #include <sys

2、/types.h>05 #include <unistd.h>06 #include <stdarg.h>07 #include <string.h>08 int main()09 10 int num, fd,i;/ num變量用于存放從buff轉(zhuǎn)換而來的二進(jìn)制形式的整數(shù) / fd是打開data文件之后的描述符，用于下文對data文件的讀寫操作11 char buff100;/ 定義的buff字符數(shù)組用于存放從文件中讀出的數(shù)字字符形式的整數(shù)12 fd = open("data", O_RDWR);/打開文件13 if(fd<

3、=0)/如果文件不存在14 printf("open errorn");15 return 1;16 17 for(i=1;i<=1000000;i+)/循環(huán)一百萬次循環(huán)循環(huán)18 lseek(fd, 0, SEEK_SET);/ 將文件的讀寫指針歸零19 int len = read(fd, buff, 100);/len存放從文件讀入的數(shù)字符的長度20 bufflen='0'/在字符串后添加空格代表結(jié)束21 num = atoi(buff);/ 調(diào)用atoi函數(shù)，將字符串轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式,并存放在num22 sprintf(buff, "%

4、dn", num + 1);/num+1,循環(huán)10000次后就是1000000+num23 lseek(fd, 0, SEEK_SET);/ 將文件的讀寫指針歸零即置于起始字節(jié)之處24 write(fd, buff,strlen(buff);/將更新后的數(shù)重新寫入文件中25 26 close(fd);/關(guān)閉文件27 return 0;/返回28 問題:1. 請在linux中編譯、鏈接、執(zhí)行這個程序。如果該程序只作為單個進(jìn)程執(zhí)行，請觀察運(yùn)行結(jié)果，并分析代碼。首先向data文件中輸入1107，并進(jìn)行保存。該程序分析如下：第10行中定義變量num存放從buff的字符串中轉(zhuǎn)換而來的二進(jìn)制形式

5、的整數(shù)，變量fd存放打開data文件之后的描述符；第11行中定義長度為100的字符數(shù)組，用于存放從data文件中讀出的數(shù)字字符形式的整數(shù)；第12行打開data文件；第13-16行判斷文件是否打開，如果沒有，則輸出open error提示；第17-25行，循環(huán)1000000次操作，第18行，在每次循環(huán)都將文件的讀寫指針指向文件的起始位置；第19行，len保存讀入字符串的長度；第20行，在字符串結(jié)尾加入空格符以示結(jié)束；第21行，調(diào)用atoi()函數(shù)，將buff的字符串轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)；第22行，對轉(zhuǎn)變得二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行+1操作；第23行，把文件的讀寫指針至于文件起始位置；第24行，將更新的數(shù)據(jù)重新寫回d

6、ata文件中。如此循環(huán)一百萬次，相當(dāng)于data中存放的數(shù)據(jù)加上一百萬，所以得出圖中所示結(jié)果。2.在不改變程序代碼的情況下，怎樣把上述程序作為多個進(jìn)程來并發(fā)執(zhí)行？請觀察并發(fā)執(zhí)行情況下的運(yùn)行結(jié)果，分析運(yùn)行結(jié)果錯誤的具體原因。答：要實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，可多個窗口對同一程序進(jìn)行運(yùn)行。 由于data文件初始值為1234，所以兩個進(jìn)程在并發(fā)執(zhí)行的情況下，正確結(jié)果應(yīng)該為2001234，可是最后結(jié)果卻為1509625。顯然與正確結(jié)果不符。此主要原因在于，在兩個進(jìn)程同時執(zhí)行的時候，可能會在同一時間對num進(jìn)行操作，導(dǎo)致重讀，如原本進(jìn)程1對2加1后為3，進(jìn)程而對3加1后為4.而現(xiàn)實(shí)中可能產(chǎn)生的情況是進(jìn)程1和進(jìn)程2

7、同時對2進(jìn)行加1操作，所以得到最終結(jié)果是3而不是4；另一種情況是，進(jìn)程1已進(jìn)行了加1操作但在保存到文件之前，進(jìn)程2執(zhí)行到讀取文件數(shù)據(jù)，因此，進(jìn)程2讀取的還是原本數(shù)據(jù)，進(jìn)行加1操作后仍然是進(jìn)程1執(zhí)行操作后的數(shù)據(jù)。所以當(dāng)多進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時，最后得出的結(jié)果與預(yù)想中的結(jié)果不同。3.請修改上述代碼，采用上鎖方式，以保證并發(fā)執(zhí)行時運(yùn)行結(jié)果的正確性，并分析得到了正確結(jié)果的原因。修改后，代碼如下：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h>#include <sys/types.h>#include

8、 <unistd.h>#include <stdarg.h>#include <string.h>int main() struct flock fl;/定義結(jié)構(gòu)體flock，設(shè)置鎖 int num, fd,i; char buff100; fd = open("data", O_RDWR); if(fd<=0) printf("open errorn"); return 1; fl.l_whence = SEEK_SET;/設(shè)置文件讀寫位置 fl.l_start = 1;/開始位置為1 fl.l_len = 1

9、;/長度為1 fl.l_pid = getpid();/獲取進(jìn)程 for(i=1;i<=1000000;i+) fl.l_type = F_WRLCK;/對文件加鎖 fcntl(fd, F_SETLKW, &fl);/對文件逐個掃描 lseek(fd, 0, SEEK_SET); int len = read(fd, buff, 100); bufflen='0' num = atoi(buff); sprintf(buff, "%dn", num + 1); lseek(fd, 0, SEEK_SET); write(fd, buff,str

10、len(buff); fl.l_type = F_UNLCK;/解鎖文件 fcntl(fd, F_SETLKW, &fl); close(fd); return 0;該程序分析結(jié)果如下：當(dāng)進(jìn)程1對文件進(jìn)行操作時，對文件進(jìn)行加鎖，防止其他進(jìn)程對文件同時操作，也就是，其他進(jìn)程阻塞。當(dāng)進(jìn)程1完成操作對文件解鎖后，進(jìn)程2被喚醒，進(jìn)而對文件進(jìn)行操作，在操作前，同樣對文件進(jìn)行加鎖。如此類推，對個進(jìn)程交替執(zhí)行，保證了結(jié)果的正確性。實(shí)驗(yàn)心得：寫出你對單次執(zhí)行和并發(fā)進(jìn)程的感受，操作系統(tǒng)對并發(fā)進(jìn)程控制的重要性。在數(shù)據(jù)量比較少的情況下，單次執(zhí)行的速度比并發(fā)執(zhí)行的速度占有一定的優(yōu)勢。但在數(shù)據(jù)量的達(dá)到百萬上億的時候，單次執(zhí)行的速度明顯不盡人意。而并發(fā)執(zhí)行能多個進(jìn)程同時對一個程序進(jìn)行操作，就如，工廠里生