08 int main() 09 {10 int num, fd,i;// num变量用于存放从buff转换而来的二进制形式的整数 // fd是打开data文件之后的描述符，用于下文对data文件的读写操作 11 char buff[100];// 定义的buff字符数组用于存放从文件中读出的数字字符形式的整数 12 fd = open(\"data\//打开文件 13 if(fd<=0){//如果文件不存在 14 printf(\"open error\\n\"); 15 return 1; 16 }
17 for(i=1;i<=1000000;i++){//循环一百万次循环循环 18 lseek(fd, 0, SEEK_SET);// 将文件的读写指针归零
19 int len = read(fd, buff, 100);//len存放从文件读入的数字符的长度 20 buff[len]='\\0';//在字符串后添加空格代表结束
21 num = atoi(buff);// 调用atoi函数，将字符串转换为二进制形式,并存放在num 22 sprintf(buff, \"%d\\n\//num+1,循环10000次后就是1000000+num 23 lseek(fd, 0, SEEK_SET);// 将文件的读写指针归零即置于起始字节之处 24 write(fd, buff,strlen(buff));//将更新后的数重新写入文件中 25 }
26 close(fd);//关闭文件 27 return 0;//返回 28 }
问题:
1. 请在linux中编译、链接、执行这个程序。如果该程序只作为单个进程执行，请观察运
行结果，并分析代码。
首先向data文件中输入1107，并进行保存。 该程序分析如下：
第10行中定义变量num存放从buff的字符串中转换而来的二进制形式的整数，变量fd存放打开data文件之后的描述符；第11行中定义长度为100的字符数组，用于存放从data文件中读出的数字字符形式的整数；第12行打开data文件；第13-16行判断文件是否打开，如果没有，则输出open error提示；第17-25行，循环1000000次操作，第18行，在每次循环都将文件的读写指针指向文件的起始位置；第19行，len保存读入字符串的长度；第20行，在字符串结尾加入空格符以示结束；第21行，调用atoi()函数，将buff的字符串转变为二进制数；第22行，对转变得二进制数进行+1操作；第23行，把文件的读写指针至于文件起始位置；第24行，将更新的数据重新写回data文件中。如此循环一百万次，相当于data中存放的数据加上一百万，所以得出图中所示结果。
2.在不改变程序代码的情况下，怎样把上述程序作为多个进程来并发执行？请观察并发执行情况下的运行结果，分析运行结果错误的具体原因。
答：要实现多进程并发执行，可多个窗口对同一程序进行运行。
由于data文件初始值为1234，所以两个进程在并发执行的情况下，正确结果应该为2001234，可是最后结果却为1509625。显然与正确结果不符。此主要原因在于，在两个进程同时执行的时候，可能会在同一时间对num进行操作，导致重读，如原本进程1对2加1后为3，进程而对3加1后为4.而现实中可能产生的情况是进程1和进程2同时对2进行加1操作，所以得到最终结果是3而不是4；另一种情况是，进程1已进行了加1操作但在保存到文件之前，进程2执
行到读取文件数据，因此，进程2读取的还是原本数据，进行加1操作后仍然是进程1执行操作后的数据。所以当多进程并发执行时，最后得出的结果与预想中的结果不同。
3.请修改上述代码，采用上锁方式，以保证并发执行时运行结果的正确性，并分析得到了正确结果的原因。
修改后，代码如下： #include #include #include #include #include #include #include int main() {struct flock fl;//定义结构体flock，设置锁 int num, fd,i; char buff[100];
fd = open(\"data\ if(fd<=0){
printf(\"open error\\n\"); return 1; }
fl.l_whence = SEEK_SET;//设置文件读写位置 fl.l_start = 1;//开始位置为1 fl.l_len = 1;//长度为1
fl.l_pid = getpid();//获取进程 for(i=1;i<=1000000;i++){
fl.l_type = F_WRLCK;//对文件加锁
fcntl(fd, F_SETLKW, &fl);//对文件逐个扫描
lseek(fd, 0, SEEK_SET); int len = read(fd, buff, 100); buff[len]='\\0'; num = atoi(buff);
sprintf(buff, \"%d\\n\ lseek(fd, 0, SEEK_SET); write(fd, buff,strlen(buff));
fl.l_type = F_UNLCK;//解锁文件 fcntl(fd, F_SETLKW, &fl); }
close(fd); return 0; }
该程序分析结果如下：当进程1对文件进行操作时，对文件进行加锁，防止其他进程对文件同时操作，也就是，其他进程阻塞。当进程1完成操作对文件解锁后，进程2被唤醒，进而对文件进行操作，在操作前，同样对文件进行加锁。如此类推，对个进程交替执行，保证了结果的正确性。
实验心得：
写出你对单次执行和并发进程的感受，操作系统对并发进程控制的重要性。
在数据量比较少的情况下，单次执行的速度比并发执行的速度占有一定的优势。但在数据量的达到百万上亿的时候，单次执行的速度明显不尽人意。而并发执行能多个进程同时对一个程序进行操作，就如，工厂里生产汽车零件，一个人一天的产量必定少于多个人的共同完成生产零件一个的产量。当然，物极必反，并不是说进程越多越好，当进程增多，就容易出现进程空闲的情况，导致性能的下降。操作系统每天都要处理庞大的数据，若使用单次执行方式，不单会导致系统运行速度慢，还会让使用者陷于崩溃的等待中，所以，操作系统对并发执行的应用与控制显得更重要。
