SYSTEMY OPERACYJNE - LABORATORIUM

TEMATY PROJEKTÓW

1. fork-exec.

Napisać program wypisujący identyfikatory UID, GID, PID, PPID dla danego procesu (program1_1).

Wywołać funkcję fork() 3 razy np. w pętli i wypisać powyŜsze identyfikatory dla wszystkich procesów

potomnych. Na podstawie wyników narysować „drzewo genealogiczne” tworzonych procesów. Ile powstaje

procesów i dlaczego (program1_2).

Zmodyfikować poprzedni program tak, aby komunikaty procesów potomnych były wypisywane przez program

uruchamiany przez funkcję exec(). Ile teraz powstaje procesów i dlaczego? (program1_3).

2. wątki.

Napisać program złoŜony w 2 wątków. Wątek główny losowo generuje elementy tablicy np. int tab[2][10].

Wątek 1 liczy sumę elementów pierwszego wiersza tablicy. Wątek 2 liczy sumę elementów drugiego wiersza

tablicy. Wątek główny liczy sumę całkowitą z sum cząstkowych wyznaczonych przez wątki.

3. semafory - sekcja krytyczna – wzajemne wykluczanie.

Przy pomocy mechanizmu semaforów zrealizować zadanie na wzajemne wykluczanie procesów. Czas operacji

na zasobie symulować uŜywając np. funkcji sleep(). Dla demonstracji poprawności działania programu uŜyć

komunikatów wypisywanych przez poszczególne procesy przed, w trakcie i po sekcji krytycznej (sk) oraz

funkcji podających stan semafora. Napisać specjalny program do powielania procesów wykorzystujący funkcje

fork() i exec(). Nazwę programu do inicjowania procesów oraz liczbę procesów przekazywać przez argumenty

programu powielacza.

Przykładowe wywołanie „powielacza”.

./program_główny program_potomny liczba_pp liczba_sk

gdzie,

liczba_pp

- liczba procesów potomnych rywalizujących o sk.

liczba_sk

- liczba wykonań sk przez kaŜdy z procesów potomnych

[]$ ./prog pogram 3 2

4. semafory - sekcja krytyczna – producent-konsument – (plik lub pamięć dzielona).

Producent zajmuje się produkcją towaru (np. liczb, znaków) i umieszczaniu ich we wspólnym buforze (np. pliku

lub pamięci dzielonej), który moŜe pomieścić tylko jedną jednostkę towaru naraz. Konsument pobiera towar (nie

niszcząc bufora) i konsumuje go.

Aby panowała harmonia, muszą być spełnione dwa warunki:

• KaŜda wyprodukowana jednostka towaru musi zostać skonsumowana,

• śadna jednostka towaru nie moŜe być skonsumowana dwa razy (nawet jeśli konsument jest szybszy niŜ

producent).

Wykorzystując mechanizm semaforów zaimplementuj powyŜsze zadanie. Dla zademonstrowania, Ŝe nie doszło

do utraty lub zwielokrotnienia towary niech producent pobiera „surowiec” (liczby, znaki) do wytwarzania

towaru z pliku tekstowego, a konsument umieszcza pobrany towar w innym pliku tekstowym. Po zakończeniu

działania programów (wyczerpaniu zasobów „surowca”) oba pliki tekstowe powinny być identyczne. Do

symulacji róŜnych prędkości działania programów uŜyć np. funkcji sleep() (z losową liczbą sekund).

5. kolejki komunikatów – klient-serwer.

Proces klient wysyła do procesu serwera ciąg znaków. Serwer odbiera ten ciąg znaków i przetwarza go

zmieniając w nim wszystkie litery na duŜe, a następnie wysyła tak przetworzony ciąg znaków z powrotem do

klienta. Klient odbiera przetworzony ciąg znaków i wypisuje go na ekranie.

Posługując się mechanizmem kolejki komunikatów, naleŜy zaimplementować powyŜsze zadanie typu klient-

serwer z moŜliwością obsługi wielu klientów jednocześnie. W rozwiązaniu uŜyć jednej kolejki komunikatów.

Zastosować odpowiednie etykietowanie komunikatów w celu rozróŜniania w kolejce danych dla serwera oraz

danych dla poszczególnych klientów.

6. semafory – synchronizacja – pięciu filozofów.

Zadanie zsynchronizowania działań pięciu filozofów, którzy siedzą przy okrągłym stole i myślą. Co jakiś czas

głodnieją i muszą się najeść. Przed kaŜdym filozofem stoi talerz, a między kolejnymi talerzami leŜy jeden

widelec. Na środku stołu stoi półmisek z rybami. Ryby naleŜy jeść dwoma widelcami, więc filozof aby mógł

jeść musi mieć do dyspozycji dwa widelce. Podnosząc leŜące przed nim widelce filozof uniemoŜliwia jedzenie

sąsiadom. Zakłada się, Ŝe filozof w skończonym czasie się naje i odłoŜy widelec.

Rozwiązanie problemu musi gwarantować spełnienie następujących warunków:

• KaŜdy z filozofów będzie w końcu mógł się najeść,

• Nie moŜna wyróŜniać Ŝadnego z filozofów (algorytmy wszystkich pięciu filozofów dotyczące podnoszenia i

odkładania widelców muszą być takie same).

Zazwyczaj rozwaŜa się 3 rozwiązania problemu pięciu filozofów:

• Rozwiązanie z moŜliwością blokady; zgłodniały filozof czeka aŜ jeden z jego widelców (np. lewy)

będzie wolny i podnosi go, a następnie czeka aŜ będzie wolny drugi widelec i takŜe go podnosi. Po

najedzeniu się odkłada widelce na stół. MoŜe zdarzyć się sytuacja kiedy kaŜdy z filozofów podniesie

jeden ze swoich widelców i będzie czekał aŜ jego sąsiad skończy jeść i odłoŜy widelec. PoniewaŜ

kaŜdy z filozofów będzie czekał na to samo zdarzenie pojawi się blokada.

• Rozwiązanie z moŜliwością zagłodzenia; zgłodniały filozof podnosi jednocześnie dwa widelce

wtedy, gdy tylko są wolne. JeŜeli jeden z filozofów będzie miał Ŝarłocznych sąsiadów, którzy

głównie będą zajmować się jedzeniem, tak Ŝe w kaŜdej chwili przynajmniej jeden z nich będzie jadł,

to taka sytuacja doprowadzi to do zagłodzenia tego filozofa.

• Rozwiązanie poprawne; sami filozofowie nie są w stanie rozwiązać problemu jedzenia, jeŜeli Ŝaden z

nich nie ma być wyróŜniony. Potrzebny jest zewnętrzny arbiter (lokaj) decydujący, którzy

filozofowie będą mieli pierwszeństwo w spornych przypadkach. Lokaj dba o to, aby w kaŜdej chwili

co najwyŜej czterech filozofów konkurowało o widelce podnosząc je sekwencyjnie (jak w

rozwiązaniu 1). Wtedy zawsze przynajmniej jeden z filozofów będzie mógł podnieść widelec i jeść.

Jeśli pięciu filozofów zapragnie jeść naraz, to lokaj powstrzyma jednego z nich do czasu, aŜ któryś z

pozostałych czterech skończy jeść.

Zaimplementować wszystkie trzy rozwiązania problemu pięciu filozofów uŜywając semaforów.

Zademonstrować zjawiska blokady i zagłodzenia, jak teŜ ich brak w rozwiązaniu poprawnym.

7. potoki nazwane (mkfifo) i nienazwane (pipe) – producent-konsument.

Zadanie jak w pkt.4. Uogólnić zadanie na wielu producentów i wielu konsumentów.