SYSTEMY OPERACYJNE - LABORATORIUM TEMATY

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 klientserwer 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.