CISC324: Operating Systems

Lab 1

2022

Toolbox

This lab has been prepared to be conducted on UNIX-like operating systems (e.g., Linux Ubuntu). Please make sure to have a well set up environment. You will need a computer, a Linux operating system (or MacOS, which is a UNIX- based OS), and a C-compiler. You can still use the Windows operating system but you will have to install additional tools such as Cygwin.  An alternative would be to install Linux on a virtual machine (e.g., VirtualBox or VMWare) over Windows. You can also remotely use the CASLAB Linux computers.

Background and Outcomes

During this lab, you will learn how to use the most important process man-

agement system calls.  You will be writing programs, using C-programming language, to create new processes, terminate running processes, wait for pro- cesses (synchronization), change the code segment of processes, and get the attributes of processes. The following POSIX API system call primitives will be used:

1.  fork(): By executing the primitive fork() in a C-program, the involved process makes a system call to the kernel through the POSIX API asking the it to create a new process (child process). The new process starts its execution from the instruction statement that is just after the fork() system call that created it.   At the same time, the primitive  fork() returns a value n of type pid_t. The parent process will have the value n > 0 (equal to the PID of the created child process), whereas the created child process will have n = 0.   If n = _1, then  fork()  has failed its execution.

2.  getpid(): This primitive returns the value of the PID of the process that executed it. Recall that each process has a unique identification number called PID (Process IDentification number) that is used by the system to identify the process.

3.  getppid():  This primitive returns the value of the PID of the parent of the process that executed it.  Recall that each process has a parent process that created it (Except init which has PID=1).

4.  exit(v): Terminates the process which executes the primitive and returns to the parent process a one-byte integer value contained in the value of v .

5. wait(&status): When executed by a parent process, the later waits for its child process termination notification. When a child process termin- ates, the primitive wait() returns the PID of the child process which terminated. Also, it returns from the address status (&status), the value sent by the exit primitive (see the value of v in exit()) and the cause of the termination of its child process (all in one-byte). Basically, the most significant byte contains the value of v, and the less significant byte carries the cause of the termination. You can use the macro WIFEXITED(status) to retrieve the cause (1 normally terminated, otherwise abnormally ter- minated) and WEXITSTATUS(status) to retrieve the value of v . Finally, if there is no child to wait for, wait() returns -1.

To use these primitives, make sure that your C-program includes the following header files: <unistd .h>, <wait .h>, <sys/types .h>, and <stdlib .h>.

1    Process Communication Issue

Assume that we possess a multiprocessing computer and that we would like to compute, using a computer program, the sum of a sequence from 0 to n (see equation below), where n > 0. To speed up the computations, we would like to implement our program in such a way so that we make use of multiprocessing. A simple intuition consists of dividing the sum into two parts that will be run by two different processes. Let us say process P1  executes the sum from 0 to

[ ], and process P2  executes the sum from  [ ] + 1 to n.  Process P1  is set the

task to display the final result.  Exer_ 1 .c is a typical implementation of this scenario using the C-programming language under POSIX environment.

n

i = 0 + 1 + 2 + . . . + n

i=0

1.  Compile and execute the program for different values (you may have to use the option -lm to include the math.h library before compiling). The program appears to be returning incorrect computations (e.g., for n = 1 it returns 0). Why is that?

2.  Modify the program code to fix the issue using wait()  and  exit() system calls (along with macros WEXITSTATUS(.) and WIFEXITED(.)). Explain how you fixed the issue.

3.  After fixing the issue, you may notice that starting from a certain value n, the returned sum becomes incorrect. What is the value of n? Explain the reason behind this limitation.

4. If we switch the function of the parent and child process (i.e., A( .) by B(.) and B(.) by A(.) in the source code), what would be the value of n?

Note. You need to create a ReadMe.txt file to type down some of your answers.

2    Race-Condition Issue

The program in eXer_2 .c consists of one parent process that creates three other child processes. Then, each child process, tries to execute the program count .c.  By executing the latter program, each process opens a shared file named nums .txt, reads the stored value, increments it, then rewrites the new value back to the file, for 5000 times. By compiling the program count .c using commands such as ($cc  count .c  -o  count .out) and placing the output in the same directory (folder) as program eXer_2 .c, then if each of the three processes reads the value from the file nums .txt then increments that value before writing it back to the file, in the normal circumstances, we should find at the end of the execution that the file contains the value 15000 (5000x3).