diff --git a/P01_Erste_Schritte_mit_C/README.md b/P01_Erste_Schritte_mit_C/README.md new file mode 100644 index 0000000..add4b2d --- /dev/null +++ b/P01_Erste_Schritte_mit_C/README.md @@ -0,0 +1,84 @@ +# 01 - Erste Schritte mit C + +___ +## 1. Übersicht + +In diesem Praktikum erstellen Sie mehrere kleine C-Programme, in denen Sie Input- und Output-Funktionen der C Standard Library verwenden. + +Arbeiten Sie in Zweiergruppen und diskutieren Sie ihre Lösungsansätze miteinander, bevor Sie diese umsetzen. + +Bevor Sie mit den Programmieraufgaben beginnen, setzen Sie eine virtuelle Maschine mit der vorbereiteten Praktikumsumgebung auf. + +___ +## 2. Lernziele +In diesem Praktikum schreiben Sie selbst von Grund auf einige einfache C-Programme und wenden verschiedene Kontrollstrukturen an. + +- Sie können mit *#include* Funktionen der C Standard Library einbinden +- Sie können mit *#define* Macros definieren und diese anwenden +- Sie wenden die *Input-* und *Output-Funktionen* von C an, um Tastatur-Input einzulesen und formatierte Ausgaben zu machen. +- Sie verwenden die Kommandozeile, um ihren Sourcecode in ein ausführbares Programm umzuwandeln. +- Sie wenden for-und while-Loops sowie if-then-else-Verzweigungen an. +- Sie setzen eine Programmieraufgabe selbständig in ein funktionierendes Programm um. + +___ +## 3. Aufgabe 1: virtuelle Maschine +Im Moodle-Kurs "Systemnahe Programmierung" finden Sie unter "Praktika" eine Installationsanleitung für die virtuelle Maschine, die wir Ihnen zur Verfügung stellen. Die virtuelle Maschine enthält ein Ubuntu Linux-Betriebssystem und die für das Praktikum benötigten Frameworks. + +Folgen sie der Anleitung, um die virtuelle Maschine auf ihrem Rechner zu installieren. + +___ +## 4. Aufgabe 2: Hello World +Schreiben Sie ein C-Programm, das "Hello World" auf die Standardausgabe schreibt. Verwenden Sie die printf-Funktion aus der Standard Library. In den Vorlesungsfolien finden Sie bei Bedarf eine Vorlage. + +Erstellen sie das Source-File mit einem beliebigen Editor, sie benötigen nicht unbedingt eine IDE. Speichern Sie das Source-File mit der Endung `.c`. + +Um ihr Source-File zu kompilieren, verwenden Sie den GNU Compiler auf der Kommandozeile: +``` sh +$> gcc hello.c +``` + +Der Compiler übersetzt ihr Programm in eine ausführbare Datei `a.out`, die Sie mit + +``` sh +$> ./a.out +``` + +ausführen können. Sie können den Namen der ausführbaren Datei wählen, indem Sie die Option `-o` verwenden: + +``` sh +$> gcc hello.c -o hello +``` + +erzeugt die ausführbare Datei `hello`. + +Verwenden Sie die Option `-Wall`, um alle Warnungen des Compilers auszugeben. Dies weist Sie auf allfällige Programmierfehler hin. + +___ +## 5. Aufgabe 3: Tabellenausgabe +Schreiben Sie ein Programm in C, das von `stdin` einen Umrechnungsfaktor zwischen CHF und Bitcoin einliest und danach eine Tabelle von Franken- und Bitcoin-Beträgen ausgibt. Die Tabelle soll sauber formatiert sein, z.B. so: +``` +Enter conversion rate (1.00 BTC -> CHF): 43158.47 + 200 CHF <--> 0.00463 BTC + 400 CHF <--> 0.00927 BTC + 600 CHF <--> 0.01390 BTC + 800 CHF <--> 0.01854 BTC + 1000 CHF <--> 0.02317 BTC + 1200 CHF <--> 0.02780 BTC + 1400 CHF <--> 0.03244 BTC + 1600 CHF <--> 0.03707 BTC +``` + +- Verwenden Sie eine Schleife und die `printf`-Funktion für die Tabellenausgabe +- Definieren Sie ein Makro `NUM_ROWS`, um an zentraler Stelle im Source-Code zu definieren, wie viele Einträge die Tabelle in der Ausgabe haben soll. +- Lesen Sie den Umrechnungsfaktor mit der `scanf`-Funktion als `double` von der Kommandozeile ein. + +___ +## 6. Aufgabe 4: Zeichen und Wörter zählen +Schreiben Sie ein C-Programm, welches die Zeichen und Wörter einer mit der Tastatur eingegebenen Zeile zählt. Wortzwischenräume sind entweder Leerzeichen (' ') oder Tabulatoren ('\t'). Die Eingabe der Zeile mit einem newline-character ('\n') abgeschlossen. Danach soll ihr Programm die Anzahl Zeichen und die Anzahl Wörter ausgeben und terminieren. +- Verwenden Sie die `char getchar(void)` Funktion aus der `stdio.h` Library, um die Zeichen einzeln einzulesen. Die Funktion `getchar` kehrt nicht gleich bei Eingabe des ersten Zeichens zurück, sondern puffert die Daten, bis die Eingabe einer kompletten Zeile mit Return abgeschlossen wird. Dann wird das erste Zeichen aus dem Puffer zurückgegeben und mit weiteren Aufrufen von getchar können die nachfolgenden Zeichen aus dem Puffer gelesen werden. Gibt `getchar` das Zeichen `\n` zurück, ist die Zeile komplett zurückgegeben und der Puffer ist wieder leer. +- Setzen Sie eine Schleife ein, die beim Zeichen '\n' terminiert. +- Benutzen Sie if-then-else-Strukturen um die Wörter zu zählen. + +___ +## 7. Bewertung +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/P02_functions_enum.docx b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/P02_functions_enum.docx new file mode 100644 index 0000000..dec4db8 Binary files /dev/null and b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/P02_functions_enum.docx differ diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/README.md b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/README.md new file mode 100644 index 0000000..4c33a66 --- /dev/null +++ b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/README.md @@ -0,0 +1,228 @@ +# 02: Funktionen, Datentyp "enum" + +___ + +![](./random_number.png) + +(Copyright Bild: xkcd.com) + +___ +## 1. Übersicht + In diesem Praktikum sind zwei Themen im Fokus: Funktionen und der Datentyp enum. + + Funktionen sind der wesentlichste Bestandteil der C Programmierung welcher eine strukturierte Programmierung ermöglicht: + * Eine Funktion ein Teil eines C Codes, der eine spezielle Aufgabe ausführt. Sie kann aus dem Hauptprogramm, oder aus anderen Funktionen, aufgerufen werden. + * Jede Funktion besitzt einen eindeutigen Namen, eine eindeutige Signatur (Typen und Reihenfolge der Parameter) und einen Rückgabewert (int falls nichts angegeben wird). + * Eine Funktion kann Werte aus dem aufrufendem Kontext übernehmen und bei Bedarf einen Wert an den aufrufenden Kontext zurückliefern. +Beispiel einer Additions-Funktion: +``` +#include + +/* Funktionsdeklaration */ +int add(int a, int b); + +int main(void) { + int aa = 1, bb = 2, cc; + printf("%aa + %bb = %cc", aa, bb, add(aa, bb);); + return 0; +} + +/* Funktionsdefinition */ +int add(int a, int b) { + return a + b; +} +``` +Der Daten typt enum wird verwendet um die Lesbarkeit von Programmen zu erhöhen: + +Beispiel eines enum: +``` +enum Ampeln = {rot =1, gelb, gruen}; + +int main(void) { + Ampeln ampel1; + if (ampel1 == rot) {...} + return 0; +} +``` + +___ +## 2. Lernziele + +In diesem Praktikum lernen Sie Funktionen zu definieren und aufzurufen, sowie enum anzuwenden. + * Sie können ein Programm schreiben welches aus mehreren Funktionen besteht. + * Sie können Funktionen deklarieren, definieren und aufrufen. + * Sie können enum Typen definieren und deren Werte bestimmen und abfragen. + +___ +## 3. Aufgaben + +```{eval-rst} +.. figure:: kalender-108_v-ARDFotogalerie.jpg + :width: 600px + :name: kalender-108_v-ARDFotogalerie + :align: center +``` + +(Copyright Bild: www.planet-wissen.de) + +### 3.1 Aufgabe 1 Tage pro Monat +In der ersten Aufgabe berechnen Sie die Tag pro Monat einer beliebigen Kombination Monat / Jahr. +Erweitern Sie dazu das Programm um folgende Aspekte: +* Bereichsprüfung von Jahr und Monat +* Funktion istSchaltjahr, welche berechnet, ob das Jahr eine Schaljahr ist +* Funktion tageProMonat, welche die Anzahl Tage des gegebenen Monats und Jahres berechnet. + +Vorgaben: +* Die Funktion istSchaltjahr nimmt ein Integer (jahr) entgegen und gibt 1 im Falle eiens Schltjahres und 0 im andreren Fall zurück +* Die Funktion tageProMonat nimmt zwei integer (monat und jahr) entgegeben und gibt die Anzahl Tage als Integer zurück +* Die Jahreszahl, welche den Funktionen übergeben wird, muss überprüft werden und grösser gleich 1599 und kleiner als 10000 sein +* Der übergebene Monat muss grösser als 0 und kleine als 13 sein. + +Die Regeln für die Schaltjahrberechnung: +* Schaltjahre sind alle Jahre, die durch 4 teilbar sind. +* Eine Ausnahme bilden die Jahrhunderte (1600, 1700…). Diese sind keine Schltjahre. +* zu den 100er gibt es ebenfalls Ausnahmen: Diese sind immer Schaltjahre, wenn sie durch 400 teilbar sind +... also zum Beispiel 1600 ist eines, nicht jedoch 1700. Weiterführende Details finden Sie unter https://de.wikipedia.org/wiki/Gregorianischer_Kalender + +Gegeben ist die main Funktion des Programms. Ergänzen Sie die enum Definition und die fehlenden Funktionen: +* gibIntWert: Die Funktion soll einen Int Wert zurückgeben. Der Bereich, wie auch Fehleingaben sollen sollen berücksichtigt werden. (atoi unfd fgets sind hier hilfreich) +* istSchaltjahr: Die Funktion gibt 1 im Falle eines Schltjahr und o im anderen Falle zurück. +* tageProMonat: Die Funktion gibt den die Tage des Monats für das definierte Jahr zurück. Verwenden Sie die Switchanweisung , sowie den enum Datentypen + +``` +int main (int argc, char *argv[]) { + + int monat, jahr; + + // Monat einlesen und Bereich ueberpruefen + monat = gibIntWert("Monat", 1, 12); + jahr = gibIntWert("Jahr", 1600, 9999); + + // Ausgabe zum Test + printf("Monat: %d, Jahr: %d \n", monat, jahr); + + // Ausgabe zum Test (hier mit dem ternaeren Operator "?:") + printf("%d ist %s Schaltjahr\n", jahr, istSchaltjahr(jahr) ? "ein" : "kein"); + + // Ausgabe + printf("Der Monat %02d-%d hat %d Tage.\n", monat, jahr, tageProMonat(jahr, monat)); + + return 0; +} +``` + +Tipp: Angenommen Sie verwenden den enum month_t { JAN=1, FEB, MAR, APR, MAI, JUN, JUL, AUG, SEP, OKT, NOV, DEZ }; +Dann können Sie im Programm direkt die Konstanten verwenden: +``` +if (m == 2) ... // schlecht lesbar +if (monat == 2) ... // besserer Variablenname +if (monat == FEB) ... // am besten lesbar +``` + + +Als Abnahme müssen die Tests unverändert ohne Fehler ausgeführt werden (`make test`) +___ +### 3.2 Aufgabe 2 Bestimmen des Wochentags +Erweitern Sie das vorgegebene zweite Programm Gerüst an den bezeichneten Stellen so, dass das Programm von der Kommando Zeile ein Argument entgegennimmt, es auf Gültigkeit überprüft und schliesslich den Wochentag für das gegebene Datum berechnet und ausgibt. +Prüfen Sie die Umsetzung beider Teilaufgaben mittels make test. +#### 3.2.1 Teilaufgabe Argumente Parsen und auf Korrektheit prüfen +Das Argument stellt ein gültiges Datum unseres Gregorianischen Kalenders dar (d.h. ein Datum ab Donnerstag, den 15. Oktober 1582, mit der Gregorianischen Schaltjahr Regel). +Wenn kein Argument gegeben ist oder wenn das eingegebene Datum nicht gültig ist, soll das Programm einem Hilfetext auf stderr ausgeben und mit EXIT_FAILURE Exit Code terminieren. Wenn ein gültiges Datum erkannt wurde terminiert das Programm mit Exit Code EXIT_SUCCESS. +##### 3.2.1.1 Argument Format +Das Format des Kommando Zeilen Arguments soll yyyy-mm-dd sein, wobei yyyy für das vier-stellige Jahr, mm für einen 1-2-stelligen Monat (1…12) und dd für einen Tag des Monats, begin-nend mit 01. Z.B. 2020-02-29. +##### 3.2.1.2 Korrektes Datum +Das Datum muss alle folgenden Bedingungen erfüllen damit es als korrekt erkannt wird: +* Obergrenze für ein «sinnvolles» Datum ist das Jahr 9999 +* es muss Gregorianisch sein, d.h. ab 15. Oktober 1582 (inklusive) +* es darf nur Monate von 1 für Januar bis 12 für Dezember beinhalten +* der Tag muss grösser oder gleich 1 sein +* der Tag darf nicht grösser als 31 sein für Monate mit einer Länge von 31 Tagen +* der Tag darf nicht grösser als 30 sein für Monate mit einer Länge von 30 Tagen +* der Tag darf für den Februar nicht grösser sein als 29 für ein Schaltjahr +* der Tag darf für den Februar nicht grösser sein als 28 für ein Nicht-Schaltjahr + +##### 3.2.1.3 Vorgaben an die Umsetzung +1. Definieren Sie einen enum Typen mit (typedef) Namen month_t dessen Werte die Englischen 3-Zeichen Abkürzungen der Monate sind, nämlich Jan, Feb, … Dec und stellen Sie sicher dass die Abkürzungen für die uns geläufigen Monatsnummer stehen. +2. Definierend Sie einen struct Typen mit (typedef) Namen date_t und den int Elementen year, month, day. Lesen Sie das Argument (falls vorhanden) via sscanf und dem Formatstring "%d-%d-%d" in die drei Elemente einer Date Variable. Siehe dazu die Hinweise im Anhang. +3. Für die Berechnung der Monatslänge implementieren Sie die Hilfsfunktion is_leap_year(date_t date) (nach obigen Vorgaben). Der Return Wert 0 bedeutet «Kein Schaltjahr», 1 bedeutet «Schaltjahr». +4. Implementieren Sie die Funktion `int get_month_length(date_t date)`. Diese soll für den Monat des Datums die Monatslänge (was dem letzten Tag des Monats ent-spricht) ausgeben – geben Sie 0 für ungültige Monatswerte zurück. +5. Schliesslich implementieren Sie die Funktion int is_gregorian_date(date_t date) welche prüft, ob ein gegebenes Datum im Bereich 15. Oktober 1582 und dem Jahr 9999 ist (0 = nein, 1 = ja). +6. Implementieren Sie eine Funktion int is_valid_date(date_t date), welche obige Bedingungen für ein gültiges Datum umsetzt. Der Return Wert 0 bedeutet «Kein gültiges Datum», 1 bedeutet «Gültiges Datum». Benutzen Sie für die Prüfung des Datums die `month_t` Werte wo immer möglich und sinnvoll. Verwenden Sie die oben implemen-tierten Hilfsfunktionen. +##### 3.2.1.4 Hinweise +Beachten Sie die Kommentare im Code für die geforderten Implementierungs-Details. +#### 3.2.2 Teilaufgabe Wochentag Berechnung +Schreiben Sie eine Funktion welche zu einem Datum den Wochentag berechnet. +Die Formel wird Georg Glaeser zugeschrieben, möglicherweise angelehnt an eine Formel von Carl Friedrich Gauss. + +```{eval-rst} +.. figure:: Wochentagsberechnung.jpg + :width: 600px + :name: Wochentagsberechnung + :align: center +``` +(Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Wochentagsberechnung) + +Hier ist eine für C abgewandelte Variante davon. +``` +weekday = ((day + (13 * m - 1) / 5 + y + y / 4 + c / 4 - 2 * c) % 7 + 7) % 7 +alle Zahlen sind int Werte und alles basiert auf int-Arithmetik +m = 1 + (month + 9) % 12 +a = year - 1 (für month < Mar), ansonsten year +y = a % 100 +c = a / 100 +``` +Erweitern sie das Programm so, dass vor dem erfolgreichen Terminieren des Programms fol-gende Zeile (inklusive Zeilenumbruch) ausgegeben wird: yyyy-mm-dd is a Ddd, wobei yyyy für das Jahr, mm für die Nummer des Monats (01…12) und dd für den Tag im Monat (01…). Z.B. 2020-02-29 is a Sat. +Vorgaben an die Umsetzung +1. Definieren Sie einen enum Typen mit (typedef) Namen weekday_t dessen Werte die Englischen 3-Zeichen Abkürzungen der Tage sind, nämlich Sun, Mon, … Sat und stel-len Sie sicher dass die Abkürzungen für die Werte 0…6 stehen. +2. Schreiben Sie eine Funktion weekday_t calculate_weekday(date_t date) nach der Beschreibung der obigen Formel. Das date Argument ist als gültig angenom-men, d.h. es ist ein Programmier-Fehler, wenn das Programm diese Funktion mit einem ungültigen Datum aufruft. Machen Sie dafür als erste Codezeile in der Funktion eine Zu-sicherung (assert(is_valid_date(date));) +3. Schreiben Sie eine Funktion void print_weekday(weekday_t day), welche für jeden gülteigen Tag eine Zeile auf stdout schreibt mit den Englischen 3-Zeichen Ab-kürzungen für den Wochentag, z.B. Sonntag: Sun, Montag: Mon, etc. Wenn ein ungülti-ger Wert für day erkannt wird, soll assert(!"day is out-of-range"); aufgeru-fen werden. +Hinweise +• Für interessierte, siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Wochentagsberechnung + + +___ +## 4. Bewertung + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden können. +| Aufgabe | Kriterium | Gewicht | +| :-- | :-- | :-- | +| alle | Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. | | +| gibIntWert | Eingabe, Bereichsüberprüfung korrekt | 1 | +| istSchaltjahr | Funktion korrekt | 1 | +| TageProMonat | Funktion korrekt | 1 | +| Aufgabe 2 | Fehlenden Teile ergänzt und lauffähig | 1 | +___ +## 5. Anhang + +### 5.1 Sprach Element + +```int main(int argc, char *argv[]) { + ... +} argc: Anzahl Einträge in argv. +argv: Array von Command Line Argumenten. +argv[0]: wie das Programm gestartet wurde +argv[1]: erstes Argument +… +argv[argc-1]: letztes Argument +int a = 0; +int b = 0; +int c = 0; +int res = sscanf(argv[1] + , "%d-%d-%d" + , &a, &b, &c + ); +if (res != 3) { + // Fehler Behandlung... + // ... +} +``` + +### 5.2 Beschreibung +Siehe man 3 sscanf. +Die Funktion sscanf gibt die Anzahl erfolgreich erkannte Argumente zurück. Unbedingt prüfen und angemessen darauf reagieren. +Die gelesenen Werte werden in a, b und c, gespeichert, dazu müssen Sie die Adresse der Variablen übergeben. Mehr Details dazu werden später erklärt. +fprintf(stderr, "Usage: %s…\n", argv[0]); Siehe man 3 fprintf. +Schreibt formatierten Text auf den stderr Stream. + +___ +Version: 15.02.2022 \ No newline at end of file diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/Wochentagsberechnung.jpg b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/Wochentagsberechnung.jpg new file mode 100644 index 0000000..cd3abd0 Binary files /dev/null and b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/Wochentagsberechnung.jpg differ diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/b_wochentag.jpg b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/b_wochentag.jpg new file mode 100644 index 0000000..374a35c Binary files /dev/null and b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/b_wochentag.jpg differ diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/kalender-108_v-ARDFotogalerie.jpg b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/kalender-108_v-ARDFotogalerie.jpg new file mode 100644 index 0000000..9f221af Binary files /dev/null and b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/kalender-108_v-ARDFotogalerie.jpg differ diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/m_to_pdf.py b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/m_to_pdf.py new file mode 100644 index 0000000..bbd1b41 --- /dev/null +++ b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/m_to_pdf.py @@ -0,0 +1,11 @@ +import os +import grip +import pdfkit + +os.chdir(r"C:\Users\bazz\Documents\GitHub\snp\praktika\P03_Bounding_Box") +f_md = r".\README.md" +f_html = r".\REAMDE.html" +f_pdf = r".\README.pdf" + +grip.render_content(f_md) +pdfkit.from_file(f_html, f_pdf) diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/random_number.png b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/random_number.png new file mode 100644 index 0000000..71b768c Binary files /dev/null and b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/random_number.png differ diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/wkhtmltox-0.12.4_msvc2015-win64.exe b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/wkhtmltox-0.12.4_msvc2015-win64.exe new file mode 100644 index 0000000..9b9f058 Binary files /dev/null and b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/wkhtmltox-0.12.4_msvc2015-win64.exe differ diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/demo.c b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/demo.c new file mode 100644 index 0000000..53f127b --- /dev/null +++ b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/demo.c @@ -0,0 +1,64 @@ +#include +#include +#include + +/** Aufgabe 1: +enum Typ "textFlags" deklarieren mit den einzelnene Werten +- ITALICS = 00000001 // = 1 +- BOLD = 00000010 // = 2 +- UNDERLINE = 00000100 // = 4 +*/ + +enum textFlags { ITALICS = 1, BOLD = 2, UNDERLINE = 4 }; + +/** Aufgabe 2 +Funktion Flag Einlesen +*/ + +void menu (void) { + (void) printf("\nBitte geben Sie die gewuenschten Flags ein\n"); + (void) printf("(Ugueltige Eingaben fuehren zum Abbruch.)\n"); + (void) printf("Kursiv: tippen Sie die 1\n"); + (void) printf("Fett: tippen Sie die 2\n"); + (void) printf("Unterstrichen: tippen Sie die 3\n"); + (void) printf("Abbrechen: tippen Sie die 0\n"); + (void) printf("Ihre Wahl: "); +} + + +int flagEinlesen() { + fflush(stdin); + int flag = fgetc(stdin) - '0'; + if (flag < 1 || flag > 3) { flag = 0; } + return flag; +} + + +void displayFlags(int flags) { + printf("Gesetzte Flags: %d\n", flags); +} + +/** Vorgegebener Programm-Rumpf */ +int main(void) { + int oneFlag, flags = 0; + do { + menu(); + oneFlag = flagEinlesen(); + switch (oneFlag) { + case 1: + printf("Wahl: 1, Flag: %d", oneFlag); + flags |= ITALICS; + break; + case 2: + printf("Wahl: 2, Flag: %d", oneFlag); + flags |= BOLD; + break; + case 3: + printf("Wahl: 3, Flag: %d", oneFlag); + flags |= UNDERLINE; + break; + } + (void) displayFlags(flags); + } while (oneFlag != 0); +} + diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/demo.exe b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/demo.exe new file mode 100644 index 0000000..9bc6254 Binary files /dev/null and b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/demo.exe differ diff --git a/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/main.c b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/main.c new file mode 100644 index 0000000..3bd4ecb --- /dev/null +++ b/P02_Funktionen_Datentyp_enum/work/main.c @@ -0,0 +1,117 @@ +/** + * P02 Praktikum + * + * - Funktionen + * - Funktion Schaltjahr + * - Funktion Tage pro Monat + * - Funktion Wochentag + * + * @author ZHAW + * @version 1.0 - 08.02.2022 + */ + +#include +#include + + +int leseZahl(char *prompt, int min, int max) { // Datentyp angeben, Parameter angeben + char zahlString[11]; + int zahl; + + do { + printf("%s", prompt); + fgets(zahlString, 10, stdin); + zahl = atoi(zahlString); // bei ungueltiger Zahl return 0 + } while ((zahl < min) || (zahl > max)); + return zahl; // return Zeile angeben +} + +/** + +____ leseZahl(____) { // Datentyp angeben, Parameter angeben + char zahlString[11]; + int zahl; + + fgets(zahlString, 10, stdin); + zahl = atoi(zahlString); // bei ungueltiger Zahl return 0 + ___________________ // return Zeile angeben + +} +*/ + + + +/* Konstante Werte fuer die Monate */ +enum { JAN=1, FEB, MAR, APR, MAI, JUN, JUL, AUG, SEP, OKT, NOV, DEZ }; + + +int main (void) { + + // + // Variablen definieren + // + int monat, jahr; + char *prompt; + + int istSchaltjahr = 0; // 0: kein Schaltjahr, sonst Schaltjahr + int tageProMonat = 0; // Ergebnis spaeter in dieser Variablen + + + // + // Monat und Jahr einlesen + // + + //printf("Monat: "); + //scanf("%d", &monat); + //printf("Jahr: "); + //scanf("%d", &jahr); + + prompt = "Monat: "; + monat = leseZahl(prompt, 1, 12); + prompt = "Jahr: "; + jahr = leseZahl(prompt, 1, 3000); + + // Ausgabe zum Test + // printf("Monat: %d, Jahr: %d \n", monat, jahr); + + + // + // Monate mit 30 und 31 Tagen behandeln + // + switch (monat) { + + case JAN: case MAR: case MAI: case JUL: case AUG: case OKT: case DEZ: + tageProMonat = 31; + break; + + case APR: case JUN: case SEP: case NOV: + tageProMonat = 30; + break; + + // + // Monat ist 2: Auf Schaltjahr ueberpruefen + // + case FEB: + if (jahr % 4 == 0 && (jahr % 100 != 0 || jahr % 400 == 0)) { + tageProMonat = 29; + } + else { + tageProMonat = 28; + } + break; + + // + // Anderer Monat: Fehler + // + default: + printf("Der Monat muss zwischen 1 und 12 sein.\n"); + return 1; + } + + // + // Ergebnis ausgeben + // + printf("Der Monat %d.%d hat %d Tage.\n", monat, jahr, tageProMonat); + + return 0; +} diff --git a/P03_Bit_Operation_struct_typedef/135oALYhkYyXB2aG0F-qrwA.jpeg b/P03_Bit_Operation_struct_typedef/135oALYhkYyXB2aG0F-qrwA.jpeg new file mode 100644 index 0000000..afd7142 Binary files /dev/null and b/P03_Bit_Operation_struct_typedef/135oALYhkYyXB2aG0F-qrwA.jpeg differ diff --git a/P03_Bit_Operation_struct_typedef/README.md b/P03_Bit_Operation_struct_typedef/README.md new file mode 100644 index 0000000..a005934 --- /dev/null +++ b/P03_Bit_Operation_struct_typedef/README.md @@ -0,0 +1,193 @@ +# 03 - Bit Operationen, Struct, Typedef + + +## 1. Bit Operationen + +![](./135oALYhkYyXB2aG0F-qrwA.jpeg) + + +Bit Operationen sind allgegenwärtig in den Computer-Wissenschaften und finden in vielen Disziplinen Anwendung. Folgend ein kleiner Auszug aus den wichtigsten Themen: +- **Bit Felder**: Sind die effizienteste Art, etwas darzustellen, dessen Zustand durch mehrere "wahr" oder "falsch" definiert werden kann. Besonders auf Systemen mit begrenzten Ressourcen sollte jede überflüssige Speicher-Allozierung vermieden werden. + + Beispiel: + ```c + // primary colors + #define BLUE 0b100 + #define GREEN 0b010 + #define RED 0b001 + + // mixed colors + #define BLACK 0 /* 000 */ + #define YELLOW (RED | GREEN) /* 011 */ + #define MAGENTA (RED | BLUE) /* 101 */ + #define CYAN (GREEN | BLUE) /* 110 */ + #define WHITE (RED | GREEN | BLUE) /* 111 */ + ``` +[https://de.wikipedia.org/wiki/Bitfeld](https://de.wikipedia.org/wiki/Bitfeld) + +- **Kommunikation**: + - **Prüfsummen/Paritätsbit**: Übertragungsfehler und Integrität können bis zu einem definiertem Grad erkannt werden. Je nach Komplexität der Berechnung können mehrere Fehler erkannt oder auch korrigiert werden. +[https://de.wikipedia.org/wiki/Parit%C3%A4tsbit](https://de.wikipedia.org/wiki/Parit%C3%A4tsbit), [https://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%BCfsumme](https://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%BCfsumme) + - **Stoppbit**: Markieren bei asynchronen seriellen Datenübertragungen das Ende bzw. Start eines definierten Blocks. +[https://de.wikipedia.org/wiki/Stoppbit](https://de.wikipedia.org/wiki/Stoppbit) + - **Datenflusssteuerung**: Unterschiedliche Verfahren, mit denen die Datenübertragung von Endgeräten an einem Datennetz, die nicht synchron arbeiten, so gesteuert wird, dass eine möglichst kontinuierliche Datenübermittlung ohne Verluste erfolgen kann. +[https://de.wikipedia.org/wiki/Datenflusssteuerung](https://de.wikipedia.org/wiki/Datenflusssteuerung) + - ... + +- **Datenkompression**: Bei der Datenkompression wird versucht, redundante Informationen zu entfernen. Dazu werden die Daten in eine Darstellung überführt, mit der sich alle – oder zumindest die meisten – Information in kürzerer Form darstellen lassen. +[https://de.wikipedia.org/wiki/Datenkompression](https://de.wikipedia.org/wiki/Datenkompression) +- **Kryptographie**: Konzeption, Definition und Konstruktion von Informationssystemen, die widerstandsfähig gegen Manipulation und unbefugtes Lesen sind. [https://de.wikipedia.org/wiki/Verschl%C3%BCsselung](https://de.wikipedia.org/wiki/Verschl%C3%BCsselung) +- **Grafik-Programmierung**: XOR (oder ^) ist hier besonders interessant, weil eine zweite Eingabe derselben Eingabe die erste rückgängig macht (ein Beispiel dazu weiter unten: "Variablen tauschen, ohne Dritt-Variable +"). Ältere GUIs verwendeten dies für die Hervorhebung von Auswahlen und andere Überlagerungen, um kostspielige Neuzeichnungen zu vermeiden. Sie sind immer noch nützlich in langsamen Grafikprotokollen (z. B. Remote-Desktop). + +### 1.1 Übungen + +#### 1. Basis Operationen +Manipulationen von einzelnen Bits gehören zu den Basis Operationen und dienen als Grundlagen um weitere komplexere Konstrukte zu schaffen. Verfollständigen sie folgendes Beispiel mit den drei Basis Operationen: +```c +#include + +int main() { + unsigned int number; + unsigned int bit = 3; // bit at position 3 + + // Setting a bit + number = ...; // solution: number |= 1 << bit; + + // Clearing a bit + number = ...; // solution: number &= ~(1 << bit); + + // Toggling a bit + number = ...; // solution; number ^= 1 << bit; + + return EXIT_SUCCESS; +} +``` + +#### 2. Variablen tauschen (ohne Dritt-Variable) +Zwei Variablen zu vertauschen scheint ein einfach lösbares Problem zu sein. Eine offensichtliche Variante wäre mittels einer temporären Variablen: +```c +#include +#include + +int main(){ + int a = 3; + int b = 4; + printf("a: %d; b: %d\n", a, b); + + int temp = a; + a = b; + b = temp; + + printf("a: %d; b: %d\n", a, b); + return EXIT_SUCCESS; +} +``` + +Es gibt aber auch eine Variante, die ohne zusätzliche Variable auskommt. Dabei wird die Tatsache, dass eine zweite XOR Operation eine erste XOR Operation rückgängig macht: + +*0011 XOR 0100 = 0111* + +*0111 XOR 0100 = 0011* + +Somit kommt man von einem XOR Resultat (*0111*) wieder auf beide Anfangs Operanden zurück indem man einfach ein zweites Mal mit einem Operanden eine XOR Verknüpfung macht. Damit kann ein Operand als Zwischenspeicher dienen und man muss nicht extra eine Zusatzvariable verwenden. + +Überlegen sie sich wie sie damit zwei Variablen vertauschen können ohne Zusatzvariable: +```c +#include +#include + +int main(){ + int a = 3; + int b = 4; + printf("a: %d; b: %d\n", a, b); + + + ... + + /* Solutions: + // a == 0011; b == 0100 + a ^= b; // a == 0111; b == 0100 + b ^= a; // a == 0111; b == 0011 + a ^= b; // a == 0100; b == 0011 + */ + + printf("a: %d; b: %d\n", a, b); + return EXIT_SUCCESS; +} +``` + +#### 3. Lower- / Uppercase +```c +#include +#include + +int main(){ + char word[8] = "sREedEv"; + char *wordptr = &word[0]; + + while(wordptr < &word[7]) { + printf("UPPERCASE: %c\n", *wordptr & '_'); // converts the char into uppercase regardless of the current casing + printf("LOWERCASE: %c\n", *wordptr | ' '); // converts the char into lowercase regardless of the current casing + wordptr++; + } + + return EXIT_SUCCESS; +} +``` + +#### 4. Prüfen auf 2-er Potenz +```c +#include +#include + +int main(){ + int a=32; + if(a > 0 && (a & (a - 1)) == 0){ + printf("%d is a power of 2", a); + } + return EXIT_SUCCESS; +} +``` +___ +## 2. Struct & typedef + +### 2.1 Übungen + +#### 1. Bit Operationen Rechner + - Bitweise Operationen mit 2 Operanden + - Rechnung wird als ein String über scanf dem Programm übergeben + - String wird in Token zerstückelt und in struct gespeichert: + ```c + typedef struct { + unsigned int operand_1; + unsigned int operand_2; + char operation; + } Expression; + ``` + - Ausgabe in 3 verschiedenen Formaten: + ``` + Bin: + 0000'0000'0000'0001 + & 0000'0000'0000'0011 + ------------------- + 0000'0000'0000'0001 + + Hex + 0x01 & 0x03 = 0x01 + + Dec + 1 & 3 = 1 + ``` + +___ +## 4. Bewertung + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden können. +| Aufgabe | Kriterium | Gewicht | +| :-- | :-- | :-- | +| alle | Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. | | +| gibIntWert | Eingabe, Bereichsüberprüfung korrekt | 1 | +| istSchaltjahr | Funktion korrekt | 1 | +| TageProMonat | Funktion korrekt | 1 | +| Aufgabe 2 | Fehlenden Teile ergänzt und lauffähig | 1 | diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/P04_Modularisieren_von_C_Code.docx b/P04_Modularisieren_von_C_Code/P04_Modularisieren_von_C_Code.docx new file mode 100644 index 0000000..1e9048b Binary files /dev/null and b/P04_Modularisieren_von_C_Code/P04_Modularisieren_von_C_Code.docx differ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/P04_Modularisieren_von_C_Code.pdf b/P04_Modularisieren_von_C_Code/P04_Modularisieren_von_C_Code.pdf new file mode 100644 index 0000000..61c2206 Binary files /dev/null and b/P04_Modularisieren_von_C_Code/P04_Modularisieren_von_C_Code.pdf differ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/README.md b/P04_Modularisieren_von_C_Code/README.md new file mode 100644 index 0000000..e135a32 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/README.md @@ -0,0 +1,532 @@ +# 04 - Modularisieren von C Code + +```{eval-rst} +.. figure:: zhaw_neg_P2945.jpg + :width: 100px + :name: logo + :align: right +``` + +___ + +```{eval-rst} +.. figure:: modularisieren_von_c_code.JPG + :width: 500px + :name: logo + :align: center +``` + + +___ + +## Inhalt + +{ref}`04_introduction` + +{ref}`04_learning_objectives` + +{ref}`04_task_01` + +{ref}`04_task_02` + +{ref}`04_grading` + +{ref}`04_appendix` + +___ + +(04_introduction)= +## 1. Übersicht + +In diesem Praktikum üben Sie modulare Programmierung indem Sie ein +Java Programm (bestehend aus drei Java Files) in ein entsprechendes C +Programm aus drei Modulen (aus je einem Header- und Implementations- +File) übersetzen. Sie passen das Makefile so an, dass die +entsprechenden Module mit kompiliert werden. + +In der zweiten Aufgabe erstellen Sie Makefile Regeln für die drei +Schritte von den C Source Files zur graphischen Darstellung der +Abhängigkeiten. + +```{eval-rst} +.. figure:: uebersicht.png + :width: 500px + :name: uebersicht + :align: center +``` + + +Im Anhang ist eine Übersicht über die verwendeten File Formate gegeben. + + +(04_learning_objectives)= +## 2. Lernziele + +In diesem Praktikum lernen Sie die Handgriffe um ein Programm zu modularisieren, d.h. in mehrere Module aufzuteilen. + +* Sie wissen, dass ein Modul aus einem C-File und einem passenden + H-File besteht. +* Sie können Header Files korrekt strukturieren. +* Sie deklarieren im Header-File die öffentlichen Typen und Funktionen + eines Moduls. +* Sie wissen wie **Include Guards** anzuwenden sind. +* Sie können Module im `Makefile` zur Kompilation hinzufügen. +* Sie können `Makefile` Regeln schreiben. + +Die Bewertung dieses Praktikums ist am Ende angegeben. + +Erweitern Sie die vorgegebenen Code Gerüste, welche im `git` +Repository `snp-lab-code` verfügbar sind. + + +(04_task_01)= +## 3. Aufgabe 1: Modularisieren +Das zu ergänzende Programm dep2dot hat folgende Funktionalität: + +Ergänzen Sie in **`modularize/src`** den Code in **`triangle.c`**, +**`read.h`**, **`read.c`**, **`rectang.h`** und **`rectang.c`** so +dass die Tests erfolgreich durchlaufen. Die C Implementation soll +dieselbe Funktionalität haben wie die gegebenen Java Files. Lehnen Sie +sich so nahe wie möglich an die Java Files an. + +1. In den Header-Files implementieren Sie den Include-Guard und + deklarieren Sie die öffentlichen Funktionen und gegebenenfalls + **`#define`**. +2. In den Implementations-Files implementieren Sie die Funktionen. + +Die drei Java Files liegen in **`modularize/java`**. + +### Tipps + +* Implementieren Sie die Symbole welche vollständig in Grossbuchstaben + geschrieben sind als **`#define`**. +* **`EOF`** kommt schon aus **`stdio.h`** und sollte deshalb nicht + mehr definiert werden. +* Jene **`#define`** welche von andern Modulen verwendet werden + kommen ins Header-File, die andern ins Implementations-File. +* Ein Grossteil des Java Codes aus den Methoden Bodies kann + eins-zu-eins in C übernommen werden. Listen Sie auf welche + Unterschiede es gibt: + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
JavaC
+ +```Java +byte +``` + +
+ +```Java +boolean +``` + +
+ + +```Java +true +``` +
+ +```Java +false +``` + +
+ +```Java +System.out.print(…) +``` + +
+ +```Java +System.out.println(…) +``` + +
+ +```Java +System.in.read() +``` + + +
+ +```Java +byte[] buffer = new byte[BUFFERSIZE]; +``` + +
+ +```Java +public class rectang { + public boolean Rectangular(…) + { … } +} +``` + +
+ +```Java +public class read { + public int getInt(...) + throws java.io.IOException + { ... } +} +``` + +
+ +```Java +class triangle { + public static void main(String[] args) + throws java.io.IOException + { ... } +} +``` + +
+ +```Java +read ReadInt = new read(); +... +word = ReadInt.getInt(MAX_NUMBER); +``` + +
+ +```Java +rectang Rect = new rectang(); +... +if (Rect.Rectangular(a, b, c) == true) { ... } +``` + +
+ +``` +System.out.println( +"-> Dreieck " + a + "-" + b + "-" + c ++ " ist rechtwinklig"); +``` + +
+ +(04_task_02)= +## 4. Aufgabe 2: Makefile Regeln + +Die folgenden drei Schritte erstellen von einem C Source File eine +graphische Darstellung der Abhängigkeiten: + +1. `gcc ... -H .. file.c ... 2> file.dep` (Regeln im Makefile bereits vorhanden) +2. `dep2dot file.c file.dot` (in dieser Aufgabe zu erstellen) +3. `dot -Tpng file.dot >file.png` (in dieser Aufgabe zu erstellen) + +Sie sollen für die Compiler-ähnlichen Programme `dep2dot` und `dot` +Makefile Regeln schreiben. + +```{eval-rst} +.. figure:: uebersicht.png + :width: 500px + :name: uebersicht + :align: center +``` + + +Das Programm `dep2dot` hat folgende Funktionalität: + + +1. Es liest von `stdin` die vom Compiler generierten + Abhängigkeits-Daten in Form des `dep` Formates ein. +2. Das erste und einzige Command Line Argument gibt das File an für + welches die von `stdin` gelesenen Abhängigkeiten gelten. +3. Auf `stdout` werden die Abhängigkeiten von `stdin` übersetzt als + `dot`-File Format ausgegeben. + +Das Programm `dot` hat folgende Funktionalität: +1. Es liest die textuelle Beschreibung eines Graphen aus der + übergebenen Datei (erstes Argument) ein. +2. Auf `stdout` wird die grafische Darstellung der Beschreibung der + Eingabe-Datei im `png`-File Format ausgegeben. + +Das `dep`-Format und das `dot`-Format sind im Anhang beschrieben. + +Sie können die Funktionalität des Programms `dep2dot` kennen lernen, +indem Sie folgende Zeilen auf der Bash Shell ausführen. Das +`dep.input` File ist Teil der automatisierten Test Suite im +Verzeichnis `tests`: + + +```bash +bin/dep2dot dir/file dep.dot +dot -Tpng dep.dot >dep.png +firefox dep.png +``` + +Als Resultat sollte Firefox folgende Graphik darstellen: + + +```{eval-rst} +.. figure:: dep_dot.png + :width: 150px + :name: dep_dot + :align: center +``` + + + +Definieren Sie im `Makefile` Regeln, welche die einzelnen Schritte von +den Source Files zu den `png` Files ausführen. + + +Prüfen Sie schliesslich die Umsetzung Aufgabe mittels `make dep-clean +dep && firefox src/*.png.` + + +### 4.1 Neue Regeln hinzufügen + + +Führen Sie im `Makefile` an den angegebenen Stellen folgende +Ergänzungen durch + +* definieren Sie eine Variable `DEPFILES` deren Inhalt die Liste alle + Einträge der Variable `SOURCES` ist, wobei bei allen die Endung `.c` + durch die Endung `.c.png` ersetzt ist +* fügen Sie zum `Pseudo-Target .PHONEY` das Target `dep` dazu – dies + besagt, dass das später folgenden Target `dep` nicht ein File + repräsentiert (ohne dieses Setting würde make gegebenenfalls nach + einem File mit Namen `dep` suchen um zu entscheiden ob es + inkrementell gebildet werden muss) +* schreiben Sie das Target `dep` gemäss der Beschreibung im Makefile +* schreiben Sie die Suffix Regel für die Übersetzung von `.png <- + .dot` gemäss Vorgabe im `Makefile` (als Inspiration, siehe auch die + `%.c.dep: %.c` Suffix Regel weiter unten im `Makefile`) – erklären + Sie was die Regel macht +* schreiben Sie die Suffix Regel für die Übersetzung von` .dot <- + .dep` gemäss Vorgabe im `Makefile` – erklären Sie was die Regel + macht + +Die Umsetzung der obigen Änderungen sind erfolgreich, wenn Sie +folgende Shell Command Line erfolgreich ausführen können und in +Firefox die Abhängigkeiten der C-Files von den Inclu-de Files +dargestellt wird. + +`make dep-clean dep && firefox src/*.png.` + + + + +(04_grading)= +## 5. Bewertung + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. + +| Aufgabe | Kriterium | Punkte | +| :-- | :-- | :-- | +| 1 | Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. | | +| 1 | Module einbinden, Header Files schreiben | 2 | +| 2 | Sie können das funktionierende Makefile demonstrieren und erklären. | | +| 2 | Neue Regeln hinzufügen | 2 | + + + + +(04_appendix)= +## 6. Anhang + + + + +### 6.1 Verwendete zusätzliche Sprach Elemente + + + +
+ +**Sprach Element** + + + +**Beschreibung** + +
+ + + +```C +fprintf(stderr, "v=%d", v) +``` + + + +Formatierte Ausgabe auf den Standard Error Stream. Siehe ***man 3 +stderr*** und ***man 3 fprintf***. + +
+ + +### 6.2 Verarbeitung und verwendete File Formate + +Das Programm in diesem Praktikum ist Teil für die graphische +Darstellung von `#include` File Abhängigkeit von C Files. + +Den ersten Schritt für die Darstellung der `#include` File +Abhängigkeiten bietet der Compiler. Der Compiler kann mittels der `-H` +Command Line Option auf `stderr` ein Text File generieren, welches die +tatsächlich verwendeten Header Files auflistet. Zusätzlich wird im +Resultat die Verschachtelungstiefe der Includes angegeben. + +Im zweiten Schritt übersetzt das Programm (`dep2dot`) dieses +Praktikums solche Dependency Files (`dep`) in eine Text Repräsentation +der Abhängigkeiten (`dot`) welche in graphische Darstel-lung (`png`) +übersetzt werden kann. + +Als Tool zur Übersetzung der `dot` Files in das `png` Format dient das +`dot` Tool. Dieses Tool muss gegebenenfalls installiert werden: + +```sudo apt install graphviz``` + +Die `png` Files können dann z.B. in der Programm Dokumentation +integriert werden (Darstellung zu Test Zwecken z.B. mittels `firefox +file.png`). + + +#### 6.2.1 dep File + + +Siehe: `man gcc` + +```bash +-H Print the name of each header file used, in addition to other + normal activities. Each name is indented to show how deep in the + #include stack it is. [...] +``` + +Das File wird auf `stderr` ausgegeben. + +**Beispiel File** (für Abhängigkeiten des `main.c` Files des `dep2dot` Programms) + +```bash +. /usr/include/stdio.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libc-header-start.h +... /usr/include/features.h +.... /usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h +..... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h +..... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/long-double.h +.... /usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h +..... /usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs-64.h +.. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h +... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h +... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/typesizes.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/__FILE.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/FILE.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libio.h +... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/_G_config.h +.... /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h +.... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/__mbstate_t.h +... /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stdarg.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/stdio_lim.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/sys_errlist.h +. /usr/include/stdlib.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libc-header-start.h +.. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/floatn.h +... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/floatn-common.h +.... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/long-double.h +.. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/stdlib-float.h +. src/error.h +.. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h +. src/data.h +.. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h +. src/output.h +Multiple include guards may be useful for: +/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/stdlib-float.h +/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/sys_errlist.h +/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/typesizes.h +/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs-64.h +/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h +``` + + +#### 6.2.2 dot File + +**Graphviz** ist ein mächtiges Tool-Set welches Graphen, definiert in +einem `dot`-Text File, automatisch anordnet und in `png`, `gif` und +andere Formate übersetzt. + +Siehe die offizielle Web-Page +[https://www.graphviz.org/](https://www.graphviz.org/). + +Es gibt als Teil dieses Tool-Sets verschiedene Übersetzer. Der hier +verwendete ist der Basis-übersetzer: `dot`. + +Das `dot`-File Format kennt viele Möglichkeiten die Knoten und Kanten +eines Graphen und de-ren Anordnung anzugeben. + +Der Vorteil eines solchen Tool-Sets ist, dass man den Inhalt (den +Graphen) einfach definieren kann und sich nicht um das komplexe +Problem der ansprechenden Visualisierung kümmern muss. + +**Beispiel File** (`dot -Tpng sample.dot > sample.png`) + +```C +digraph G { + node [shape=box] + A [label="a.c"]; + B [label="a.h"]; + C [label="b.h"]; + + subgraph cluster_c0 { + label="main"; color=black; + A; + } + + subgraph cluster_c1 { + label="others"; style=filled; col-or=lightgrey; + { B; C; rank=same; } + } + + A -> B; + A -> C; + B -> C; +} +``` + + +#### 6.2.3 png File + +Das `png` Format ist ein verlustfrei komprimiertes Raster Graphik +Format. Es wird oft in Web Pages verwendet. + + +___ +Version: 15.02.2022 \ No newline at end of file diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/bsp_dot.png b/P04_Modularisieren_von_C_Code/bsp_dot.png new file mode 100644 index 0000000..9435a0c Binary files /dev/null and b/P04_Modularisieren_von_C_Code/bsp_dot.png differ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/dep_dot.png b/P04_Modularisieren_von_C_Code/dep_dot.png new file mode 100644 index 0000000..7cdd91a Binary files /dev/null and b/P04_Modularisieren_von_C_Code/dep_dot.png differ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/modularisieren_von_c_code.JPG b/P04_Modularisieren_von_C_Code/modularisieren_von_c_code.JPG new file mode 100644 index 0000000..44e8067 Binary files /dev/null and b/P04_Modularisieren_von_C_Code/modularisieren_von_c_code.JPG differ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Aufgabenstellung.drawio b/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Aufgabenstellung.drawio new file mode 100644 index 0000000..a789857 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Aufgabenstellung.drawio @@ -0,0 +1 @@ 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 \ No newline at end of file diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Aufgabenstellung.png b/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Aufgabenstellung.png new file mode 100644 index 0000000..b694a31 Binary files /dev/null and b/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Aufgabenstellung.png differ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Modularisieren_von_C_Code.md b/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Modularisieren_von_C_Code.md new file mode 100644 index 0000000..b78d962 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/new_P04/P04_Modularisieren_von_C_Code.md @@ -0,0 +1,127 @@ +# 04 - Modularisieren von C Code + +___ +## 1. Übersicht + +In diesem Praktikum wird eine kleine Sammlung von Funktionen als Modul erstellt. + +In der ersten Aufgabe schreiben Sie zu einem bestehenden C Programm die notwendigen Header Files plus passen das Makefile so an, dass die entsprechenden Module mit kompiliert werden. + +In der zweiten Aufgabe erstellen Sie Makefile Regeln um aus Konfigurationsdateien graphischen Darstellungen zu erzeugen. + +___ +## 2. Lernziele + +In diesem Praktikum lernen Sie die Handgriffe um ein Programm zu modularisieren, d.h. in mehrere Module aufzuteilen. + +- Sie wissen, dass ein Modul aus einem C-File und einem passenden H-File bestehen. +- Sie können Header Files korrekt strukturieren. +- Sie wissen wie **Include Guards** anzuwenden sind. +- Sie können Module im **Makefile** zur Kompilation hinzufügen. +- Sie können anhand einer Beschreibung Typen und Funktionen in den passenden Header Files deklarieren. +- Sie können **Makefile** Regeln schreiben. + +Die Bewertung dieses Praktikums ist am Ende angegeben. + +Erweitern Sie die vorgegebenen Code Gerüste, welche im **git** Repository **snp-lab-code** verfügbar sind. + +___ +## 3. Aufgabe 1: Modularisieren + +![](./P04_Aufgabenstellung.png) + +### 3.1 Teilaufgabe Modules einbinden, Header Files schreiben + +- src/objects.h + - 2 Datenstukturen definieren + - `struct point` mit 2 double für x und y Koordinate + - `struct line` mit 2 point +- src/functions.h und .c + - 2 Funktionen deklarieren und definieren + - Berechnung der Länge `get_length`einer Linie (Annahme: Koordinaten sind alle positiv) + - l = sqrt(h^ 2 + b^ 2) + - ev. muss hier in den Anhang `#include ` + - Berechnung der Steigung `get_slope` der Linie gegenüber dem Koordinatensystem + - m = h / b +- tests vorgeben + +- src/objects.h + - Include Guard + - Includes + - Struct für Punkt und Linie + - Include Guard +- src/functions.h + - Include Guard + - Includes + - Deklarationen der Funktionen für Berechnung der Länge und Steigung + - Include Guard +- src/functions.c + - Includes + - Definitionen der Funktionen für Berechnung der Länge und Steigung + - Include Guard + + + + + +___ +## 4. Aufgabe 2: Makefile Regeln + +Makefile ergänzen, damit Modul `functions` korrekt eingebunden und kompiliert wird. + +1. Kompilieren Sie das ganze mittels **make clean default**. Es sollten keine Compiler Fehler auftreten. + +### 4.1 Neue Regeln hinzufügen + +- Vorraussetzung: tab2svg.sh aus Praktikum 3 wird um die Möglichkeit erweitert eine Linie zu zeichnen (`line:x1:y1:x2:y2:color`) +- Studierende erstellen + - mind. 2 Files `long.line` und `short.line` mit 2 unterschiedlichen Linien + - Makefile Regeln um aus einem File `.line` ein File `.svg` mit Hilfe des Scripts zu erstellen + - PHONY Regel `display` um beide `.svg` mit Firefox darzustellen + - Vorgabe: sie sollen eine Variable für die Input-Dateien nutzen + +Nachdem das Programm in Aufgabe 1 umgesetzt ist, geht es nun darum, im **Makefile** Regeln zu definieren welche die einzelnen Schritte von den Source Files zu den **png** Files ausführen. + +Prüfen Sie schliesslich die Umsetzung mittels `make display`. + +___ +## 5. Aufgabe 3 +- Studierende sollen Ausgabe von `make doc` analysieren und die Include Diagramme erklären können +``` +make doc +firefox doc/index.html & +``` + +___ +## 6. Bewertung + + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. + +___ +## 7. Erweiterung Doxyfile für Abhängigkeitsanalyse + +``` +--- /home/vagrant/huno/snp-new/snp/praktika/Shared/work/Doxyfile 2022-02-07 21:16:42.343302707 +0100 ++++ /home/vagrant/snp/Doxyfile 2022-02-07 22:22:36.266839126 +0100 +@@ -297,14 +297,14 @@ + UML_LOOK = NO + UML_LIMIT_NUM_FIELDS = 10 + TEMPLATE_RELATIONS = NO +-INCLUDE_GRAPH = NO +-INCLUDED_BY_GRAPH = NO ++INCLUDE_GRAPH = YES ++INCLUDED_BY_GRAPH = YES + CALL_GRAPH = NO + CALLER_GRAPH = NO +-GRAPHICAL_HIERARCHY = NO +-DIRECTORY_GRAPH = NO ++GRAPHICAL_HIERARCHY = YES ++DIRECTORY_GRAPH = YES + DOT_IMAGE_FORMAT = png +-INTERACTIVE_SVG = NO ++INTERACTIVE_SVG = YES + DOT_PATH = + DOTFILE_DIRS = + MSCFILE_DIRS = +``` diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/uebersicht.png b/P04_Modularisieren_von_C_Code/uebersicht.png new file mode 100644 index 0000000..cdb4272 Binary files /dev/null and b/P04_Modularisieren_von_C_Code/uebersicht.png differ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/read.java b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/read.java new file mode 100644 index 0000000..35570de --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/read.java @@ -0,0 +1,88 @@ +/***************************************************************************** + M. Thaler, Jan. 2000 + Datei read.java + Funktion: Unsigned int Zahl via Bytestream von stdin einlesen. + Es wird zuerst eine Zeile eingelesen und dann konvertiert. + Die eingelesene Zeile darf nur eine Zahl enthalten + (mit optionalen Leerzeichen vor/nach der Zahl). + Returns: Die konvertierte Zahl + oder -1 (PARSE_ERROR) wenn keine Zahl oder zu gross + oder -2 (READ_ERROR) wenn Fehler beim einlesen. + Korrekturen: - Maerz 2002: M. Thaler, H. Fierz, Mar. 2002 + liest bis EOL oder EOF, korrekter Rueckgabewert + - Sept 2016: A. Gieriet + Refactored (sprechende Variablen-Namen, + MS Windows Support, 0 Wert erlaubt, + Leerzeichen Support, + "magic" Numbers durch Symbole ersetzt, + maxResult Parameter, etc.) +******************************************************************************/ + +public class read { + public int getInt(int maxResult) + throws java.io.IOException + { + // end of input + int EOF = -1; // end of file + int EOL = 10; // end of line + // abnormal return values + int PARSE_ERROR = -1; + int READ_ERROR = -2; + // ASCII Codes + int ASCII_SPACE = 32; // ' ' + int ASCII_DIGIT_0 = 48; // '0' + int ASCII_DIGIT_9 = 57; // '9' + + // conversion buffer + int NO_POS = -1; + int BUFFERSIZE = 10; + byte[] buffer = new byte[BUFFERSIZE]; + + int result = 0; + + // read line: up to EOL or EOF (i.e. error while reading) + int bytes = 0; + int input = System.in.read(); + while ((input != EOL) && (input != EOF)) { // read whole line + if (bytes < BUFFERSIZE) { // only buffer first n characters + buffer[bytes] = (byte)input; + bytes++; + } else { + result = PARSE_ERROR; // exceed buffer size, continue read line + } + input = System.in.read(); + } + if (input == EOF) { + result = READ_ERROR; + } + // check for numbers: skip leading and trailing spaces + // (i.e. this includes all control chars below the space ASCII code) + int pos = 0; + while((pos < bytes) && (buffer[pos] <= ASCII_SPACE)) pos++; // skip SP + int posOfFirstDigit = pos; + int posOfLastDigit = NO_POS; + while ((pos < bytes) + && (buffer[pos] >= ASCII_DIGIT_0) + && (buffer[pos] <= ASCII_DIGIT_9)) + { + posOfLastDigit = pos; + pos++; + } + while((pos < bytes) && (buffer[pos] <= ASCII_SPACE)) pos++; // skip SP + // produce return value + if (result != 0) { + // previously detected read or parse error given + } else if ((pos != bytes) || (posOfLastDigit == NO_POS)) { + result = PARSE_ERROR; + } else { // convert number + for(int i = posOfFirstDigit; i <= posOfLastDigit; i++) { + result = result * 10 + (buffer[i] - ASCII_DIGIT_0); + if (result > maxResult) { + result = PARSE_ERROR; + break; + } + } + } + return result; + } +} diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/rectang.java b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/rectang.java new file mode 100644 index 0000000..34b1302 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/rectang.java @@ -0,0 +1,32 @@ +/***************************************************************************** + M. Thaler, Jan. 2000 + Datei: rectang.java + Funktion: Bestimmt, ob Dreieck rechtwinklig ist. + Returns: true wenn rechtwinklig, sonst false. + Korrekturen: - Sept 2016, A. Gieriet + Refactored (sprechende Variablen Namen, etc.) +******************************************************************************/ + +public class rectang { + + public boolean Rectangular(int a, int b, int c) { + + int aS = a*a; + int bS = b*b; + int cS = c*c; + + boolean isRightAngled; + if ((a == 0) && (b == 0) && (c == 0)) + isRightAngled = false; + else if ((aS + bS) == cS) + isRightAngled = true; + else if ((aS + cS) == bS) + isRightAngled = true; + else if ((bS + cS) == aS) + isRightAngled = true; + else + isRightAngled = false; + + return isRightAngled; + } +} diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/triangle.java b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/triangle.java new file mode 100644 index 0000000..8c24aca --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/java/triangle.java @@ -0,0 +1,73 @@ +/***************************************************************************** + M. Thaler, Jan. 2000 + Datei: triangle.java + Funktion: Die drei Seiten eines Dreiecks einlesen und bestimmen ob + das Dreieck rechtwinklig ist. + Returns: Nichts. + Korrekturen: - Maerz 2002, M. Thaler, H. Fierz + Abfrage bei unkorrekter Eingabe wiederholen + - Sept 2016, A. Gieriet + Refactored (sprechende Variablen-Namen, + "magic" Numbers durch Symbole ersetzt, etc.) +******************************************************************************/ + +class triangle { + + public static void main(String[] args) + throws java.io.IOException + { + int READ_ERROR = -2; + int MAX_NUMBER = 1000; + + read ReadInt = new read(); + rectang Rect = new rectang(); + + while (true) { + System.out.println("\nDreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n"); + + int word = 0; + int a = 0; + int b = 0; + int c = 0; + + do { + System.out.print("Seite a: "); + word = ReadInt.getInt(MAX_NUMBER); + } + while ((word < 0) && (word != READ_ERROR)); + if (word >= 0) + a = word; + else + break; + + do { + System.out.print("Seite b: "); + word = ReadInt.getInt(MAX_NUMBER); + } + while ((word < 0) && (word != READ_ERROR)); + if (word >= 0) + b = word; + else + break; + + do { + System.out.print("Seite c: "); + word = ReadInt.getInt(MAX_NUMBER); + } + while ((word < 0) && (word != READ_ERROR)); + if (word >= 0) + c = word; + else + break; + + if (Rect.Rectangular(a, b, c) == true) + System.out.println("-> Dreieck " + a + "-" + b + "-" + c + + " ist rechtwinklig"); + else + System.out.println("-> Dreieck " + a + "-" + b + "-" + c + + " ist nicht rechtwinklig"); + System.out.println("\n"); + } + System.out.println("\n\nbye bye\n"); + } +} diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/read.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/read.c new file mode 100644 index 0000000..16187fe --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/read.c @@ -0,0 +1,16 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +// begin students to add code for task 4.1 + +// end students to add code diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/read.h b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/read.h new file mode 100644 index 0000000..16187fe --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/read.h @@ -0,0 +1,16 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +// begin students to add code for task 4.1 + +// end students to add code diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/rectang.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/rectang.c new file mode 100644 index 0000000..16187fe --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/rectang.c @@ -0,0 +1,16 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +// begin students to add code for task 4.1 + +// end students to add code diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/rectang.h b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/rectang.h new file mode 100644 index 0000000..16187fe --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/rectang.h @@ -0,0 +1,16 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +// begin students to add code for task 4.1 + +// end students to add code diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/trace.h b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/trace.h new file mode 100644 index 0000000..14958d8 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/trace.h @@ -0,0 +1,16 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +// begin students to add code for task 4.2 + +// end students to add code diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/triangle.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/triangle.c new file mode 100644 index 0000000..20c23fb --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/src/triangle.c @@ -0,0 +1,34 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +#include +#include +#include "read.h" +#include "rectang.h" +#include "trace.h" + +/// max side length +#define MAX_NUMBER 1000 + + +/** + * @brief Main entry point. + * @returns Returns EXIT_SUCCESS (=0) on success, EXIT_FAILURE (=1) on failure. + */ +int main(void) +{ + // begin students to add code for task 4.1 + + // end students to add code + return EXIT_SUCCESS; +} diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-error.input b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-error.input new file mode 100644 index 0000000..ab2d76b --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-error.input @@ -0,0 +1,12 @@ + +a + a + a + 3 +4444 + 4444 + 44444444444444 + 4 + 4 + 5 + 5 diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-not-right-angled.input b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-not-right-angled.input new file mode 100644 index 0000000..07b2e27 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-not-right-angled.input @@ -0,0 +1,12 @@ +3 +4 +6 +5 +4 +4 +3 +5 +5 +33 +43 +55 diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-right-angled.input b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-right-angled.input new file mode 100644 index 0000000..fa866ac --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/stim-right-angled.input @@ -0,0 +1,12 @@ +3 +4 +5 +5 +4 +3 +3 +5 +4 +33 +44 +55 diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/tests.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/tests.c new file mode 100644 index 0000000..699b64a --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/modularize/tests/tests.c @@ -0,0 +1,205 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +#include +#include +#include "CUnit/Basic.h" +#include "test_utils.h" + +#ifndef TARGET // must be given by the make file --> see test target +#error missing TARGET define +#endif + +/// @brief The name of the STDOUT text file. +#define OUTFILE "stdout.txt" +/// @brief The name of the STDERR text file. +#define ERRFILE "stderr.txt" + +/// @brief The stimulus for the right-angled triangles +#define INFILE_RIGHT_ANGLED "stim-right-angled.input" +/// @brief The stimulus for the not right-angled triangles +#define INFILE_NOT_RIGHT_ANGLED "stim-not-right-angled.input" +/// @brief The stimulus for input errors +#define INFILE_ERROR "stim-error.input" + +// setup & cleanup +static int setup(void) +{ + remove_file_if_exists(OUTFILE); + remove_file_if_exists(ERRFILE); + return 0; // success +} + +static int teardown(void) +{ + // Do nothing. + // Especially: do not remove result files - they are removed in int setup(void) *before* running a test. + return 0; // success +} + + +// tests +static void test_right_angled(void) +{ + // arrange + const char *out_txt[] = { + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 3-4-5 ist rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 5-4-3 ist rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 3-5-4 ist rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 33-44-55 ist rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: \n", + "\n", + "bye bye\n", + "\n", + }; + // act + int exit_code = system(XSTR(TARGET) " 1>" OUTFILE " 2>" ERRFILE " <" INFILE_RIGHT_ANGLED); + // assert + CU_ASSERT_EQUAL(exit_code, 0); + assert_lines(OUTFILE, out_txt, sizeof(out_txt)/sizeof(*out_txt)); +} + +static void test_not_right_angled(void) +{ + // arrange + const char *out_txt[] = { + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 3-4-6 ist nicht rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 5-4-4 ist nicht rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 3-5-5 ist nicht rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite b: Seite c: -> Dreieck 33-43-55 ist nicht rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: \n", + "\n", + "bye bye\n", + "\n", + }; + // act + int exit_code = system(XSTR(TARGET) " 1>" OUTFILE " 2>" ERRFILE " <" INFILE_NOT_RIGHT_ANGLED); + // assert + CU_ASSERT_EQUAL(exit_code, 0); + assert_lines(OUTFILE, out_txt, sizeof(out_txt)/sizeof(*out_txt)); +} + +static void test_trace(void) +{ + // arrange + const char *err_txt[] = { + "TRACE: main()\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: rectangular(3, 4, 6)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: rectangular(5, 4, 4)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: rectangular(3, 5, 5)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + "TRACE: rectangular(33, 43, 55)\n", + "TRACE: getInt(1000)\n", + }; + // act + int exit_code = system(XSTR(TARGET) " 1>" OUTFILE " 2>" ERRFILE " <" INFILE_NOT_RIGHT_ANGLED); + // assert + CU_ASSERT_EQUAL(exit_code, 0); + assert_lines(ERRFILE, err_txt, sizeof(err_txt)/sizeof(*err_txt)); +} + +static void test_error(void) +{ + // arrange + const char *out_txt[] = { + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: Seite a: Seite a: Seite a: Seite a: Seite b: Seite b: Seite b: Seite b: Seite b: Seite c: Seite c: -> Dreieck 3-4-5 ist rechtwinklig\n", + "\n", + "\n", + "\n", + "Dreiecksbestimmung (CTRL-C: Abbruch)\n", + "\n", + "Seite a: \n", + "\n", + "bye bye\n", + "\n", + }; + // act + int exit_code = system(XSTR(TARGET) " 1>" OUTFILE " 2>" ERRFILE " <" INFILE_ERROR); + // assert + CU_ASSERT_EQUAL(exit_code, 0); + assert_lines(OUTFILE, out_txt, sizeof(out_txt)/sizeof(*out_txt)); +} + +/** + * @brief Registers and runs the tests. + */ +int main(void) +{ + // setup, run, teardown + TestMainBasic("Triangle", setup, teardown + , test_right_angled + , test_not_right_angled + , test_trace + , test_error + ); +} diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/Makefile b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/Makefile new file mode 100644 index 0000000..df07b77 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/Makefile @@ -0,0 +1,65 @@ +SNP_SHARED_MAKEFILE := $(if $(SNP_SHARED_MAKEFILE),$(SNP_SHARED_MAKEFILE),"~/snp/shared.mk") + +TARGET := bin/dep2dot +# Add all additional c-files to the SOURCES variable +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE +SOURCES := src/main.c +# END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +TSTSOURCES := tests/tests.c + +include $(SNP_SHARED_MAKEFILE) + + +# DEPFILES := ... define a list of png file names: %.c -> %.c.png +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +# END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +# define dep target as .PHONEY +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +# define dep target depending on FULLTARGET and DEPFILES above +# action: echo some text telling that the target is done using $@ - the echo command shall not be echoed before execution +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +# define new suffix rule for %.png depending on %.dot +# action: dot -Tpng $< >$@ || $(RM) $@ +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +# define new suffix rule for %.dot depending on %.dep +# action: call $(TARGET) $(@:.dot=) <$< >$@ || $(RM) $@ +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +# converts any .c file into a .c.dep file by means of GCC -H switch +# note: it removes intermediate files which were created as side effect +%.c.dep: %.c + $(COMPILE.c) -H -o $@.x $< 2>$@ && $(RM) $@.x $@.d + + +# cleanup all results, including the ones od creating the dependencies +dep-clean: clean + $(RM) $(DEPFILES) $(wildcard src/*.dep src/*.dot) + diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/mainpage.dox b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/mainpage.dox new file mode 100644 index 0000000..cd6b69a --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/mainpage.dox @@ -0,0 +1,8 @@ +/** + * @mainpage SNP - P04 Modularisation + * + * @section Purpose + * + * This is a lab for splitting functionality into multiple modules. + * + */ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/data.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/data.c new file mode 100644 index 0000000..a9f28f8 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/data.c @@ -0,0 +1,149 @@ +/** + * @file + * @brief Implementation of the dependency file access. + */ +#include "data.h" +#include "error.h" +#include +#include +#include +#include +#include + +#define MAX_PATH_LEN 512 ///< @brief Arbitrarily chosen maximum accepted path lenght. +#define MAX_LINE_LEN 512 ///< @brief Arbitrarily chosen maximum accepted line length +#define MAX_DIRS 64 ///< @brief Arbitrarily chosen maximum number of supported individual directories per dependency file. +#define MAX_FILES 256 ///< @brief Arbitrarily chosen maximum number of supported individual denendency entries. + +/** + * @brief Declaration of POSIX (but not C99) function. + * @param s [IN] The string to duplicate on the heap memory. + * @return The duplicated string. + * @remark Since the Makefile calls gcc with -std=c99, non-C99 POSIX and GNU extensions are excluded - the glibc, though, provides the function to the linker. + */ +char *strdup(const char *s); // not stdc99, but available in the glibc + +/** + * @brief Initialized the data structure before the data is to be read from th edependency file. + * @param data [INOUT] The address of the instance to initialize. + */ +static void init(data_t *data) +{ + assert(data); + memset(data, 0, sizeof(data_t)); + data->dirs = malloc(MAX_DIRS * sizeof(dir_t)); + if (!data->dirs) FATAL("no memory left"); + data->files = malloc(MAX_FILES * sizeof(file_t)); + if (!data->files) FATAL("no memory left"); +} + +/** + * @brief Updates the directory list with the given data. + * @param data [INOUT] The instance to update. + * @param path [IN] The file path of a dependency entry as given by the dependency file. + * @return The index of the directory entry (either an existing matching one or a newly added one). + * @remark Extracts the directory part by means of dirname() from the given path and looks up an existing entry or adds a new one. + */ +static size_t get_or_add_dir(data_t *data, const char *path) +{ + assert(data); + assert(path); + // The function dirname() gives no guarantee to not modify the parameter, therefore, need to produce a copy before calling dirname(). + // Likewise, the returned value may refer to the passed paremater, therefore, a copy is made from the return value. + char *dup = strdup(path); + if (!dup) FATAL("no memory left"); + char *name = strdup(dirname(dup)); + if (!name) FATAL("no memory left"); + free(dup); + + // search for a matching entry... + size_t i = 0; + while(i < data->n_dirs && strcmp(data->dirs[i].name, name) != 0) { + i++; + } + if (i >= MAX_DIRS) FATAL("too many directories"); + + if (i == data->n_dirs) { // no match found: add + // handover the allocated name to the owning new directory entry + dir_t dir = { .name = name }; + // append the new directory entry + data->dirs[data->n_dirs] = dir; + data->n_dirs++; + } else { + // release the name since match found, and therefore, no need to keep the allocated name anymore + free(name); + } + return i; +} + +/** + * @brief Add a file entry from the dependency file to the data structure. + * @param data [INOUT] The data container instance. + * @param path [IN] The path of one file entry from the dependency file. + * @param level [IN] The dependency level of the file entry from the dependency file. + * @remark The sequence of entries in the dependency file is relevant - it implies direct dependencies. + */ +static void add_file(data_t *data, const char *path, size_t level) +{ + assert(data); + assert(path); + // The function basename() gives no guarantee to not modify the parameter, therefore, need to produce a copy before calling basename(). + // Likewise, the returned value may refer to the passed paremater, therefore, a copy is made from the return value. + char *dup = strdup(path); + if (!dup) FATAL("no memory left"); + char *name = strdup(basename(dup)); + if (!name) FATAL("no memory left"); + free(dup); + + if (data->n_files >= MAX_FILES) FATAL("too many files"); + // produce a file entry + file_t file = { .name = name, .dir = get_or_add_dir(data, path), .level = level }; + data->files[data->n_files] = file; + data->n_files++; +} + +/** + * @brief Processes one dependency line of the dependency file. + * @param data [INOUT] The data container instance. + * @param line [IN] The line to parse and store in data. + */ +static void process_line(data_t *data, const char line[]) +{ + assert(data); + + size_t len = strlen(line); + assert(len > 0); + assert(line[0] == '.'); + + // read level + size_t i = strspn(line, "."); + size_t level = i; + // skip spaces + i += strspn(line+i, " \t"); + // take rest as path and add the file to the records + add_file(data, line+i, level); +} + +/* + * The public interface. + */ +const data_t data_read_all(const char *root) +{ + data_t data; + init(&data); + // add as first file the root for the given dependencies + add_file(&data, root, 0); + + char line[MAX_LINE_LEN] = { 0 }; + + // read all stdin line and only process dependency lines (those starting on a '.') + clearerr(stdin); + while(fgets(line, MAX_LINE_LEN, stdin)) { + size_t len = strlen(line); + if (len > 0 && line[len-1] == '\n' && line[0] == '.') { // only dependency lines + line[len-1] = '\0'; + process_line(&data, line); + } + } + return data; +} diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/data.h b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/data.h new file mode 100644 index 0000000..7a20b76 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/data.h @@ -0,0 +1,66 @@ +/** + * @file + * @brief Access to the GCC produced dependency data (via gcc -H command line option). + */ + +// begin of include guard +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// includes which are needed in this header file +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +/** + * @brief Directory container for file entries of the dependency file. + */ +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +/** + * @brief File container for the file entries of the dependency file. + */ +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +/** + * @brief Overall container for all directories and all files from the dependency file. + */ +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +/** + * @brief Entry function to read the deendency data from stdin. + * @param root [IN] The name of the root file (the deoendency file does not mention the root file, so, it has to be passed from outside). + * @return The container of the read data from stdin. See the documentation on gcc -H for details on the dependencies, etc. + */ +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + +// end of include guard +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/error.h b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/error.h new file mode 100644 index 0000000..3a38ab6 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/error.h @@ -0,0 +1,17 @@ +/** + * @file + * @brief Error handling convenience functions. + */ +#ifndef _ERROR_H_ +#define _ERROR_H_ + +#include +#include + +/** + * @brief Prints the message to stderr and terminates with EXIT_FAILURE. + * @param MSG [IN] The "..." *string literal* to emit as error - no format parameters nor variables supported. + */ +#define FATAL(MSG) do { fprintf(stderr, "ERROR: %s\n", MSG); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) + +#endif // _ERROR_H_ diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/main.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/main.c new file mode 100644 index 0000000..8cf35f9 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/main.c @@ -0,0 +1,36 @@ + /* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab P04 dep2dot + */ +#include +#include + +#include "error.h" +#include "data.h" +#include "output.h" + +/** + * @brief main function + * @param argc [in] number of entries in argv + * @param argv [in] program name plus command line arguments + * @returns returns success if valid date is given, failure otherwise + * @remark Prerequisit to convert the resulting DOT file on the shell: sodo apt install graphviz + * @remark Convert: gcc -H ... file.c ... 2>file.dep ; dep2dot file.c file.dot && dot -Tpng file.dot >file.png + */ +int main(int argc, const char *argv[]) +{ + if (argc < 2) FATAL("missing arguments\nusage: dep2dot file.c file.dot # from gcc -H ... file.c ... 2>file.dep\n"); + + output_dot(data_read_all(argv[1])); + + return EXIT_SUCCESS; +} diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/output.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/output.c new file mode 100644 index 0000000..088d984 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/output.c @@ -0,0 +1,100 @@ +/** + * @file + * @brief Provides output functions for various file formats. + */ +#include "output.h" +#include +#include +#include + +/** + * @brief Writes the node name of the given file. + * @param file [IN] The file for which to write the node name. + * @remark The dependency data contain duplicates of file entries - the node name must be unique for the path and the *basename* of the files. + */ +static void print_node(file_t file) +{ + printf("\"%s (cluster_c%zd)\"", file.name, file.dir); +} + +/** + * @brief Recursively writes the individual direct dependencies for the file given by curr. + * @param files [IN] The array of all files - the sequence is relevant. + * @param len [IN] The lenght of the files array, i.e. the upper limit for curr values and the subsequent index values. + * @param curr [IN] The index into files for the current root for dependencies: curr -> x, curr -> y, ... + * @return Returns the index into files for the next file to process (i.e. curr value for the next call to this function). + * @remark For a given *curr* file, all following files are with depth level + 1 are direct include files. + * @remark All files with a higher level are *indirect* include files, thus *direct* includes from files processed by recursive calls. + * @remark The list of direct includes to the *curr* file terminates with a level equal of less the the *curr* one (or when the list is exchausted). + */ +static size_t dependencies(file_t files[], size_t len, size_t curr) +{ + assert(curr < len); + size_t level = files[curr].level; + size_t file = curr + 1; + while(file < len && files[file].level > level) { + if (files[file].level == level + 1) { + // Write to stdout " file -> include;\n" where file and include are the DOT node names of the respective files + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + file = dependencies(files, len, file); + } else { + file++; + } + } + return file; +} + +/* + * Public interface + */ +void output_dot(const data_t data) +{ + printf("digraph dep {\n"); + // nodes + printf(" node [shape=box]\n"); + for (size_t file = 0; file < data.n_files; file++) { + // Write to stdout " file [label=\"name\"];\n" where file is the DOT node name and name is the file name + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + } + // directory clusters + for (size_t dir = 0; dir < data.n_dirs; dir++) { + printf(" subgraph cluster_c%zd {\n", dir); + printf(" label=\"%s\"; %s\n", data.dirs[dir].name, strncmp(data.dirs[dir].name, "/usr/", 5) == 0 ? "style=filled; color=lightgrey;" : "color=black;"); + for (size_t file = 0; file < data.n_files; file++) { + if (data.files[file].dir == dir) { + // Write to stdout " file;\n" where file is the DOT node name + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + } + } + printf(" }\n"); + } + + // dependencies + size_t curr = 0; + do { + curr = dependencies(data.files, data.n_files, curr); + } while(curr < data.n_files); + + printf("}\n"); +} + + diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/output.h b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/output.h new file mode 100644 index 0000000..21f46e3 --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/src/output.h @@ -0,0 +1,12 @@ +/** + * @file + * @brief Provides output functions for various file formats. + */ +// define proper header file here, with include gaurd, etc. +// BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + +// END-STUDENTS-TO-ADD-CODE diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/dep.input b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/dep.input new file mode 100644 index 0000000..d21a54c --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/dep.input @@ -0,0 +1,7 @@ +Test File +. dir1/h1_1 +.. dir1/h1_1_2 +. dir1/h1_2 +. dir2/h2_1 +.. dir1/h1_1 +Done diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/no_dep.input b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/no_dep.input new file mode 100644 index 0000000..6565e2d --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/no_dep.input @@ -0,0 +1,2 @@ +Test File +Done diff --git a/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/tests.c b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/tests.c new file mode 100644 index 0000000..119800f --- /dev/null +++ b/P04_Modularisieren_von_C_Code/work/show-dependencies/tests/tests.c @@ -0,0 +1,140 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Test suite for the given package. + */ +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include "test_utils.h" + +#ifndef TARGET // must be given by the make file --> see test target +#error missing TARGET define +#endif + +/// @brief alias for EXIT_SUCCESS +#define OK EXIT_SUCCESS +/// @brief alias for EXIT_FAILURE +#define FAIL EXIT_FAILURE + +/// @brief The name of the STDOUT text file. +#define OUTFILE "stdout.txt" +/// @brief The name of the STDERR text file. +#define ERRFILE "stderr.txt" + +/// @brief test data file +#define IN_NO_DEP "no_dep.input" +/// @brief test data file +#define IN_DEP "dep.input" + +// setup & cleanup +static int setup(void) +{ + remove_file_if_exists(OUTFILE); + remove_file_if_exists(ERRFILE); + return 0; // success +} + +static int teardown(void) +{ + // Do nothing. + // Especially: do not remove result files - they are removed in int setup(void) *before* running a test. + return 0; // success +} + +// tests +static void test_fail_no_arg(void) +{ + // arrange & act & assert + CU_ASSERT_EQUAL(WEXITSTATUS(system(XSTR(TARGET) " >" OUTFILE " 2>" ERRFILE)), FAIL); +} + +static void test_no_dep(void) +{ + // arrange + const char *out_txt[] = { + "digraph dep {\n", + " node [shape=box]\n", + " \"root (cluster_c0)\" [label=\"root\"];\n", + " subgraph cluster_c0 {\n", + " label=\".\"; color=black;\n", + " \"root (cluster_c0)\";\n", + " }\n", + "}\n", + }; + + // act & assert + CU_ASSERT_EQUAL(WEXITSTATUS(system(XSTR(TARGET) " root <" IN_NO_DEP " >" OUTFILE " 2>" ERRFILE)), OK); + + // assert + + assert_lines(OUTFILE, out_txt, sizeof(out_txt)/sizeof(*out_txt)); +} + +static void test_dep(void) +{ + // arrange + const char *out_txt[] = { + "digraph dep {\n", + " node [shape=box]\n", + " \"root (cluster_c0)\" [label=\"root\"];\n", + " \"h1_1 (cluster_c1)\" [label=\"h1_1\"];\n", + " \"h1_1_2 (cluster_c1)\" [label=\"h1_1_2\"];\n", + " \"h1_2 (cluster_c1)\" [label=\"h1_2\"];\n", + " \"h2_1 (cluster_c2)\" [label=\"h2_1\"];\n", + " \"h1_1 (cluster_c1)\" [label=\"h1_1\"];\n", + " subgraph cluster_c0 {\n", + " label=\".\"; color=black;\n", + " \"root (cluster_c0)\";\n", + " }\n", + " subgraph cluster_c1 {\n", + " label=\"dir1\"; color=black;\n", + " \"h1_1 (cluster_c1)\";\n", + " \"h1_1_2 (cluster_c1)\";\n", + " \"h1_2 (cluster_c1)\";\n", + " \"h1_1 (cluster_c1)\";\n", + " }\n", + " subgraph cluster_c2 {\n", + " label=\"dir2\"; color=black;\n", + " \"h2_1 (cluster_c2)\";\n", + " }\n", + " \"root (cluster_c0)\" -> \"h1_1 (cluster_c1)\";\n", + " \"h1_1 (cluster_c1)\" -> \"h1_1_2 (cluster_c1)\";\n", + " \"root (cluster_c0)\" -> \"h1_2 (cluster_c1)\";\n", + " \"root (cluster_c0)\" -> \"h2_1 (cluster_c2)\";\n", + " \"h2_1 (cluster_c2)\" -> \"h1_1 (cluster_c1)\";\n", + "}\n", + }; + + // act & assert + CU_ASSERT_EQUAL(WEXITSTATUS(system(XSTR(TARGET) " root <" IN_DEP " >" OUTFILE " 2>" ERRFILE)), OK); + + // assert + + assert_lines(OUTFILE, out_txt, sizeof(out_txt)/sizeof(*out_txt)); +} + +/** + * @brief Registers and runs the tests. + * @returns success (0) or one of the CU_ErrorCode (>0) + */ +int main(void) +{ + // setup, run, teardown + TestMainBasic("lab test", setup, teardown + , test_fail_no_arg + , test_no_dep + , test_dep + ); +} diff --git a/P05_TicTacToe/Control.png b/P05_TicTacToe/Control.png new file mode 100644 index 0000000..6708944 Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/Control.png differ diff --git a/P05_TicTacToe/Control.svg b/P05_TicTacToe/Control.svg new file mode 100644 index 0000000..d710376 --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/Control.svg @@ -0,0 +1,32 @@ + + +Control diff --git a/P05_TicTacToe/Deklarationen.docx b/P05_TicTacToe/Deklarationen.docx new file mode 100644 index 0000000..bdcaeaa Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/Deklarationen.docx differ diff --git a/P05_TicTacToe/Deklarationen.pdf b/P05_TicTacToe/Deklarationen.pdf new file mode 100644 index 0000000..fa4e471 Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/Deklarationen.pdf differ diff --git a/P05_TicTacToe/Deklarationen_Lsg.docx b/P05_TicTacToe/Deklarationen_Lsg.docx new file mode 100644 index 0000000..8f36acd Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/Deklarationen_Lsg.docx differ diff --git a/P05_TicTacToe/Deklarationen_Lsg.pdf b/P05_TicTacToe/Deklarationen_Lsg.pdf new file mode 100644 index 0000000..c640162 Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/Deklarationen_Lsg.pdf differ diff --git a/P05_TicTacToe/MVC.png b/P05_TicTacToe/MVC.png new file mode 100644 index 0000000..7527534 Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/MVC.png differ diff --git a/P05_TicTacToe/MVC.svg b/P05_TicTacToe/MVC.svg new file mode 100644 index 0000000..c75342f --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/MVC.svg @@ -0,0 +1,52 @@ + + +ModelControlView diff --git a/P05_TicTacToe/MVC_Pattern.uxf b/P05_TicTacToe/MVC_Pattern.uxf new file mode 100644 index 0000000..cea1d9f --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/MVC_Pattern.uxf @@ -0,0 +1,109 @@ + + + 10 + + UMLClass + + 180 + 310 + 120 + 50 + + View +fontsize=30 + + + + UMLClass + + 180 + 390 + 120 + 50 + + Control +fontsize=30 + + + + UMLClass + + 180 + 470 + 120 + 50 + + Model +fontsize=30 + + + + Relation + + 230 + 430 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 230 + 350 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Text + + 320 + 320 + 210 + 40 + + //Text Element +View kennt Control, +Control aber nicht View + + + + + Text + + 320 + 400 + 210 + 40 + + //Text Element +Control kennt Model, +Model aber nicht Control. + + + + + + Text + + 320 + 480 + 250 + 40 + + //Text Element +Das Main Programm kombiniert die +Komponenten nach obigen Vorgaben +und startet die Abarbeitung von Eingaben +über die View. + + + + + + diff --git a/P05_TicTacToe/MVC_pattern.png b/P05_TicTacToe/MVC_pattern.png new file mode 100644 index 0000000..408a4b6 Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/MVC_pattern.png differ diff --git a/P05_TicTacToe/MVC_pattern.svg b/P05_TicTacToe/MVC_pattern.svg new file mode 100644 index 0000000..152be7f --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/MVC_pattern.svg @@ -0,0 +1,80 @@ + + +Das Main Programm kombiniert dieKomponenten nach obigen Vorgabenund startet die Abarbeitung von Eingabenüber die View.Control kennt Model,Model aber nicht Control.View kennt Control,Control aber nicht ViewModelControlView diff --git a/P05_TicTacToe/Model.png b/P05_TicTacToe/Model.png new file mode 100644 index 0000000..93e4a97 Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/Model.png differ diff --git a/P05_TicTacToe/Model.svg b/P05_TicTacToe/Model.svg new file mode 100644 index 0000000..8e3308b --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/Model.svg @@ -0,0 +1,25 @@ + + +Model diff --git a/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.docx b/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.docx new file mode 100644 index 0000000..bb1af1d Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.docx differ diff --git a/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.pdf b/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.pdf new file mode 100644 index 0000000..915276f Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.pdf differ diff --git a/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.rst b/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.rst new file mode 100644 index 0000000..58512e9 --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/P05_TicTacToe.rst @@ -0,0 +1,272 @@ +05 - SNP: TicTacToe +############## + + + +.. image:: zhaw_neg_P2945.jpg + :width: 100px + :height: 100px + :scale: 25 % + :align: right + +.. contents:: + + + +Übersicht +********* +In diesem Praktikum erweitern Sie einen Programm Rahmen zu einem funktionierenden TicTacToe Spiel. Bei TicTacToe legen zwei Spieler abwechselnd auf einem 3x3 Brett einen Stein, bis ein Spieler mit einer horizontalen, vertikalen oder diagonalen Linie gewinnt, oder alle Felder besetzt sind. + +.. image:: TicTacToe.svg + +In der Aufgabe implementieren Sie die fehlenden Funktionen bis alle Tests erfolgreich durchlau-fen. Die gewählte Vorgehensweise ist somit TDD – Test-Driven-Development: es existieren zuerst Tests welche alle fehlschlagen. Schrittweise werden die Funktionen implementiert bis alle Tests erfolgreich durchlaufen. + +Wenn die Tests erfolgreich durchlaufen, wird auch das Programm funktionieren und Sie können jemanden mit dem Spiel herausfordern 😉. + + + +Lernziele +********* +In diesem Praktikum lernen Sie den Zugriff auf Arrays. + + * Sie können anhand einer Beschreibung im Code die fehlenden Funktionen implementieren wo auf Arrays zugegriffen wird. + +Die Bewertung dieses Praktikums ist am Ende angegeben. + +Erweitern Sie die vorgegebenen Code Gerüste, welche im git Repository snp-lab-code verfügbar sind. + + +Aufgabe: TicTacToe +****************** +Das zu ergänzende Programm tic-tac-toe hat folgende Funktionalität: +#. es stellt ein 3x3 TicTacToe Spielbrett auf dem Terminal dar +#. es liest von stdin eine Ziffer 0…9 ein, wobei 0 für Programm-Terminieren, die übrigen Ziffern für die Wahl eines Feldes stehen +#. der erste Spielzug wird von Spieler A geführt, danach wechselt das Programm zwischen den Spielern A und B +# bei Gewinn oder bei vollem Brett ist das Spiel vorbei + +Wenn die Aufgabe erfolgreich umgesetzt ist, können Sie das Spiel ausführen: +```bash +bin/tic-tac-toe +``` + +Als Abnahme müssen die Tests unverändert ohne Fehler ausgeführt werden (``make test``). + +Die Architektur des Programms folgt dem MVC – Model-View-Control Paradigma. Dieses Paradigma besagt, dass die View (Eingabe und Darstellung) über Control (Vermittler) das Modell (die eigentliche Programm-Logik) steuert und darstellt. Dabei sind folgende Abhängigkeiten gegeben: + +.. image:: MVC_pattern.svg + + + +Test-Driven-Development +======================= + +Das Programm besteht aus folgenden Files: + +.. list-table:: + + * - Datei + - ToDo + * - Makefile + - - + * - tests/tests.c + - - + * - src/main.c + - - + * - src/view.h + - - + * - src/view.c + - - + * - src/control.h + - - + * - src/control.c + - - + * - src/model.h + - - + * - src/model.c + - siehe unten + + +1. Führen Sie ``make test`` aus:: + + Suite: lab test + Test: test_model_init + init_model:... 0/0 FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_get_state ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_get_winner ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_can_move ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_move ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_get_win_line ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + + Run Summary: Type Total Ran Passed Failed Inactive + suites 1 1 n/a 0 0 + tests 6 6 0 6 0 + asserts 6 6 0 6 n/a + + + +2. Konzentrieren Sie sich auf den ersten Test der fehlschlägt. Dies ist ein Unit Test, welcher die Funktion **model_init()** prüft. Suchen Sie die Funktion in **src/model.h** und **src/model.c**. +Was ist die geforderte Funktionalität und wie ist sie implementiert? +Suchen Sie die darin aufgerufene **model_init()** Funktion und implementieren Sie diese. + +.. code-block:: c + + void model_init(model_t *instance) { + assert(instance); + // Instructions to the students: + // set all fields of the board to model_state_none + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE } + + + + +3. Führen Sie ``make test`` und korrigieren Sie obige Funktion, bis der Test nicht mehr fehlschlägt. + + + +3.2 test_model_init +=================== + +Gehen Sie analog zur ersten Teilaufgabe vor: +1. Führen Sie ``make test`` aus. +2. Suchen Sie die Funktion **model_get_state()** in **model.h** und **model.c**. +3. Implementieren Sie die intern benutzte Funktion **get_state()** gemäss der Anleitung im Code. + +.. code-block:: c + + model_state_t model_get_state(model_t *instance, model_pos_t pos) + { + assert(instance); + assert_pos(pos); + + // Instructions to the students: + // replace the stub implementation my access to the field at the given position. + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + return model_state_none; // stub + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + } + +4. Führen Sie ``make test`` und korrigieren Sie, bis die beiden Tests nicht mehr fehlschlagen. + + + +3.3 test_model_get_state test_model_get_winner +============================================== + +Gehen Sie analog zur ersten Teilaufgabe vor: +1. Führen Sie ``make test`` aus. +2. Suchen Sie die Funktion **model_get_state()** in **model.h** und **model.c**. +3. Implementieren Sie die intern benutzte Funktion **get_state()** gemäss der Anleitung im Code. + +.. code-block:: c + + model_state_t model_get_state(model_t *instance, model_pos_t pos) + { + assert(instance); + assert_pos(pos); + + // Instructions to the students: + // replace the stub implementation my access to the field at the given position. + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + return model_state_none; // stub + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + } + + + + + +3.4 test_model_can_move +======================= + +Gehen Sie analog den obigen Teilaufgaben vor und implementieren Sie, gemäss Vorgaben im Code, die Funktion **model_can_move()**. + +.. code-block:: c + + int model_can_move(model_t *instance){ + assert(instance); + if (model_get_winner(instance) == model_state_none) { + // Instructions to the students: + // scan all fields: return 1 with first field which equals model_state_none + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE} + return 0;} + + + + +3.5 test_model_move test_model_get_win_line +=========================================== + +Schliesslich gehen Sie auch hier analog den obigen Teilaufgaben vor und implementieren Sie, gemäss Vorgaben im Code, die Funktion **set_state()**. + +.. code-block:: c + + /** + * @brief Sets the field on the board to the given state. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param pos [IN] The affected field. + * @param state [IN] The new state of the field. + */ + static void set_state(model_t *instance, model_pos_t pos, model_state_t state) + { + assert_pos(pos); + + // Instructions to the students: + // set the field of the board to the new state + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + } + + + +Wenn die beiden obigen Teilaufgaben erfolgreich umgesetzt sind, laufen die Tests ohne Fehler durch und das Spiel kann gespielt werden. + + +4. Bewertung +****************** + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. + + +.. list-table:: + :header-rows: 0 + + * - Aufgabe + - Kriterium + - Gewicht + * - TicTacToe + - Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. + - + * - TicTacToe + - Teilaufgabe test_model_init + - 1 + * - TicTacToe + - Teilaufgabe test_model_get_state und test_model_get_winner + - 1 + * - TicTacToe + - Teilaufgabe test_model_can_move + - 1 + * - TicTacToe + - Teilaufgabe test_model_move und test_model_get_win_line + - 1 + + +Version: 15.02.2022 diff --git a/P05_TicTacToe/README.md b/P05_TicTacToe/README.md new file mode 100644 index 0000000..02d33cf --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/README.md @@ -0,0 +1,205 @@ +# 05 - Arrays/Strings/TicTacToe +___ + +## 1. Übersicht + In diesem Praktikum werden Sie in der ersten Aufgabe ein Programm zum Einlesen, Sortieren und Ausgeben von Strings von Grund auf entwickeln. + + In der zweiten Aufgabe werden Sie einen Programmrahmen zu einem funktionierenden TicTacToe-Spiel erweitern. Sie implementieren hierbei die fehlenden Funktionen bis alle Tests erfolgreich durchlaufen. Die gewählte Vorgehensweise entspricht somit Test-Driven-Development (TDD). D.h. es existieren zuerst Tests, welche alle fehlschlagen. Schrittweise werden die Funktionen implementiert bis alle Tests erfolgreich durchlaufen. Wenn die Tests erfolgreich durchlaufen, wird auch das Programm funktionieren. + +___ + +## 2. Lernziele +In diesem Praktikum schreiben Sie selbst von Grund auf ein C-Programme, das mit Strings operiert. Ferner ergänzen Sie ein bestehendes und lernen dabei den Zugriff auf Arrays. + + * Sie können mit Arrays von Strings umgehen. + * Sie können String-Funktionen aus der Standard Library verwenden. + * Sie können anhand einer Beschreibung im Code die fehlenden Funktionen die auf Arrays zugreifen implementieren. + +___ + +## 3. Aufgabe 1: Sortieren von Strings +Schreiben Sie ein C-Programm, das bis zu 10 Wörter mit einer maximalen Länge von jeweils 20 char von der Tastatur einliest, diese in Grossbuchstaben umwandelt, in einem Array der Reihe nach ablegt und zum Schluss im Array alphabetisch sortiert und ausgibt. Wiederholt eingegebene Wörter sollen dabei ignoriert werden. Das Ende der Eingabe soll durch das Erreichen der zehn unterschiedlichen Wörter oder durch die Eingabe von „ZZZ“ erfolgen. Die Ausgabe der sortierten Wörter soll direkt nach Beendigung der Eingabe erfolgen. + +Hinweise: +- Zur Speicherung der Wörter sollten Sie ein zweidimensionales Array verwenden. +- Verwenden Sie die String-Funktionen der C Standard Library (include ), z.B. um Strings alphabetisch zu vergleichen. +- Wenn Sie aus anderen Vorlesungen bereits einen effizienten Sortieralgorithmus kennen, können Sie diesen natürlich verwenden. Sonst erfinden Sie einfach einen eigenen. +- Strukturieren Sie das Programm durch geeignete Funktionen. + +___ + +## 4. Aufgabe 2: TicTacToe +Das zu ergänzende Programm tic-tac-toe hat folgende Funktionalität: +1. es stellt ein 3x3 TicTacToe Spielbrett auf dem Terminal dar +2. es liest von stdin eine Ziffer 0…9 ein, wobei 0 für Programm-Terminieren, die übrigen Ziffern für die Wahl eines Feldes stehen +3. der erste Spielzug wird von Spieler A geführt, danach wechselt das Programm zwischen den Spielern A und B +4. bei Gewinn oder bei vollem Brett ist das Spiel vorbei + +Erweitern Sie die vorgegebenen Code Gerüste, welche im git Repository snp-lab-code verfügbar sind. + +Wenn die Aufgabe erfolgreich umgesetzt ist, können Sie das Spiel ausführen: +```bash +bin/tic-tac-toe +``` + + +![](./TicTacToe.png) + +Als Abnahme müssen die Tests unverändert ohne Fehler ausgeführt werden (`make test`). + +Die Architektur des Programms folgt dem MVC – Model-View-Control Paradigma. Dieses Paradigma besagt, dass die View (Eingabe und Darstellung) über Control (Vermittler) das Modell (die eigentliche Programm-Logik) steuert und darstellt. Dabei sind folgende Abhängigkeiten gegeben: + + +![](./MVC_pattern.png) +___ + +### 4.1 Teilaufgabe test_model_init +Das Programm besteht aus folgenden Files: +| Datei | ToDo | +| :-- | :-- | +|Makefile | -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|tests/tests.c| -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|src/main.c| -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|src/view.h| -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|src/view.c| -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|src/control.h| -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|src/control.c| -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|src/model.h| -> gegeben, d.h. nichts anzupassen | +|src/model.c| -> **anzupassen:** umsetzen gemäss den Angaben unten | + +1. Führen Sie `make test` aus +```bash +Suite: lab test + Test: test_model_init ... + init_model:... 0/0 FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_get_state ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_get_winner ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_can_move ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_move ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + Test: test_model_get_win_line ...FAILED + 1. tests/tests.c:62 - CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col],model_state_none) + +Run Summary: Type Total Ran Passed Failed Inactive + suites 1 1 n/a 0 0 + tests 6 6 0 6 0 + asserts 6 6 0 6 n/a + +``` +2. Konzentrieren Sie sich auf den ersten Test der fehlschlägt. Dies ist ein Unit Test, welcher die Funktion **model_init()** prüft. Suchen Sie die Funktion in **src/model.h** und **src/model.c**. +3. Was ist die geforderte Funktionalität und wie ist sie implementiert? + +Suchen Sie die darin aufgerufene **model_init()** Funktion und implementieren Sie diese. +```c +void model_init(model_t *instance) +{ + assert(instance); + + // Instructions to the students: + // set all fields of the board to model_state_none + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +``` +3. Führen Sie `make test` und korrigieren Sie obige Funktion, bis der Test nicht mehr fehlschlägt. + +___ + +### 4.2 Teilaufgabe test_model_get_state und test_model_get_winner +Gehen Sie analog zur ersten Teilaufgabe vor: +1. Führen Sie `make test` aus. +2. Suchen Sie die Funktion **model_get_state()** in **model.h** und **model.c**. +3. Implementieren Sie die intern benutzte Funktion **get_state()** gemäss der Anleitung im Code. + +```c +model_state_t model_get_state(model_t *instance, model_pos_t pos) +{ + assert(instance); + assert_pos(pos); + + // Instructions to the students: + // replace the stub implementation my access to the field at the given position. + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + return model_state_none; // stub + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + + +``` +___ + +### 4.3 Teilaufgabe test_model_can_move +Gehen Sie analog den obigen Teilaufgaben vor und implementieren Sie, gemäss Vorgaben im Code, die Funktion **model_can_move()**. +```c +int model_can_move(model_t *instance) +{ + assert(instance); + if (model_get_winner(instance) == model_state_none) { + // Instructions to the students: + // scan all fields: return 1 with first field which equals model_state_none + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + } + return 0; +} + +``` +___ + +### 4.4 Teilaufgabe test_model_move und test_model_get_win_line +Schliesslich gehen Sie auch hier analog den obigen Teilaufgaben vor und implementieren Sie, gemäss Vorgaben im Code, die Funktion **set_state()**. +```c +/** + * @brief Sets the field on the board to the given state. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param pos [IN] The affected field. + * @param state [IN] The new state of the field. + */ +static void set_state(model_t *instance, model_pos_t pos, model_state_t state) +{ + assert_pos(pos); + + // Instructions to the students: + // set the field of the board to the new state + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +``` + +Wenn die beiden obigen Teilaufgaben erfolgreich umgesetzt sind, laufen die Tests ohne Fehler durch und das Spiel kann gespielt werden. +___ + +## 5. Bewertung + +Der funktionierende Programmcode muss der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. + +| Aufgabe | Kriterium | Punkte | +| :-- | :-- | :-- | +| Sortieren von Strings | Sie können das funktionierende Programm demonstrieren und erklären. | 2 | +| TicTacToe | Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. | | +| TicTacToe | Teilaufgabe test_model_init | 0.5 | +| TicTacToe | Teilaufgabe test_model_get_state und test_model_get_winner | 0.5 | +| TicTacToe | Teilaufgabe test_model_can_move | 0.5 | +| TicTacToe | Teilaufgabe test_model_move und test_model_get_win_line | 0.5 | +___ +Version: 14.02.2022 diff --git a/P05_TicTacToe/TicTacToe.png b/P05_TicTacToe/TicTacToe.png new file mode 100644 index 0000000..728da54 Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/TicTacToe.png differ diff --git a/P05_TicTacToe/TicTacToe.svg b/P05_TicTacToe/TicTacToe.svg new file mode 100644 index 0000000..f6f4bef --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/TicTacToe.svg @@ -0,0 +1 @@ + \ No newline at end of file diff --git a/P05_TicTacToe/View.png b/P05_TicTacToe/View.png new file mode 100644 index 0000000..b940a8e Binary files /dev/null and b/P05_TicTacToe/View.png differ diff --git a/P05_TicTacToe/View.svg b/P05_TicTacToe/View.svg new file mode 100644 index 0000000..a1efaf3 --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/View.svg @@ -0,0 +1,32 @@ + + +View diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/Makefile b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/Makefile new file mode 100644 index 0000000..a29984f --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/Makefile @@ -0,0 +1,9 @@ +SNP_SHARED_MAKEFILE := $(if $(SNP_SHARED_MAKEFILE),$(SNP_SHARED_MAKEFILE),"~/snp/shared.mk") + +TARGET := bin/tic-tac-toe +MODULES := src/model.c src/view.c src/control.c +SOURCES := src/main.c $(MODULES) +TSTSOURCES := tests/tests.c $(MODULES) + +include $(SNP_SHARED_MAKEFILE) + diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/mainpage.dox b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/mainpage.dox new file mode 100644 index 0000000..b07e65d --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/mainpage.dox @@ -0,0 +1,8 @@ +/** + * @mainpage SNP - P05 Tic Tac Toe Game + * + * @section Purpose + * + * This is a lab on usage of arrays. + * + */ diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/control.c b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/control.c new file mode 100644 index 0000000..ccae643 --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/control.c @@ -0,0 +1,154 @@ +/** + * @file + * @brief Implementation + */ +#include "control.h" +#include "model.h" +#include + +/** + * @brief Conversion from control field number (1...9) to 0-based model position (row, col). + * @param cell [IN] Field number (1...9). + * @return Returns the position of the field. + * @remark Asserts proper field range. + */ +static model_pos_t get_pos(size_t cell) +{ + assert(1 <= cell && cell <= 9); + model_pos_t pos = { (cell - 1) / 3, (cell - 1) % 3 }; + return pos; +} + +/** + * @brief Conversion from control player to model state. + * @param player [IN] Control player value to convert. + * @return Returns the matching model state. + * @remark No assertion is done - defaults to model_state_none. + */ +static model_state_t get_state(control_player_t player) +{ + switch(player) { + case control_player_a: return model_state_a; + case control_player_b: return model_state_b; + default: return model_state_none; + } +} + +/** + * @brief Conversion from 0-based model position (row, col) to control field number (1...9). + * @param pos [IN] 0-based model position (row,col). + * @return The control filed number (1...9) + * @remark Asserts proper position range. + */ +static size_t get_cell(model_pos_t pos) +{ + assert(pos.row < 3); + assert(pos.col < 3); + return 1 + pos.row * 3 + pos.col; +} + +/** + * @brief Conversion from model state to control player. + * @param state [IN] Model state to convert + * @return Returns the matching control player value. + * @remark No assertion is done - defaults to control_no_player. + */ +static control_player_t get_player(model_state_t state) +{ + switch(state) { + case model_state_a: return control_player_a; + case model_state_b: return control_player_b; + default: return control_no_player; + } +} + +/** + * @brief Queries if a move is possible. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @return Returns 0 if no move is possible any more, otherwise 1. + */ +static int control_can_move(control_t *instance) +{ + assert(instance); + return model_can_move(instance->model); +} + +// public API function which is documented in the header file. +void control_init(control_t *instance, model_t *model) +{ + assert(instance); + assert(model); + instance->player = control_player_a; + instance->model = model; +} + +// public API function which is documented in the header file. +void control_move(control_t *instance, size_t cell) +{ + assert(instance); + if (model_move(instance->model, get_pos(cell), get_state(instance->player))) { + if (control_can_move(instance)) { + switch(instance->player) { + case control_player_a: + instance->player = control_player_b; + break; + case control_player_b: + instance->player = control_player_a; + break; + default: + break; + } + } else { + instance->player = control_no_player; + } + } +} + +// public API function which is documented in the header file. +control_player_t control_get_winner(control_t *instance) +{ + assert(instance); + return get_player(model_get_winner(instance->model)); +} + +// public API function which is documented in the header file. +control_player_t control_get_player(control_t *instance) +{ + assert(instance); + return instance->player; +} + +// public API function which is documented in the header file. +control_player_t control_get_state(control_t *instance, size_t cell) +{ + assert(instance); + return get_player(model_get_state(instance->model, get_pos(cell))); +} + +// public API function which is documented in the header file. +control_line_t control_get_win(control_t *instance) +{ + assert(instance); + if (control_get_winner(instance) == control_no_player) { + control_line_t no_win = { 0 }; + return no_win; + } + + model_line_t line = model_get_win_line(instance->model); + assert(line.dir != model_dir_none); + size_t start_cell = get_cell(line.start); + switch(line.dir) { + case model_dir_h: + return (control_line_t) { { start_cell, start_cell + 1, start_cell + 2 } }; + case model_dir_v: + return (control_line_t) { { start_cell, start_cell + 3, start_cell + 6 } }; + case model_dir_d: + if (start_cell == 1) { + return (control_line_t) { { start_cell, start_cell + 4, start_cell + 8 } }; + } else { + return (control_line_t) { { start_cell, start_cell + 2, start_cell + 6 } }; + } + default: + return (control_line_t) { { 1, 1, 1 } }; + } +} diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/control.h b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/control.h new file mode 100644 index 0000000..613bd8f --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/control.h @@ -0,0 +1,80 @@ +/** + * @file + * @brief MVC - agent between model and view + */ +#ifndef _CONTROL_H_ +#define _CONTROL_H_ + +#include "model.h" + +/** + * @brief The selection of possible players. + */ +typedef enum { + control_no_player, ///< none of the players + control_player_a, ///< first player + control_player_b, ///< second player +} control_player_t; + +/** + * @brief Sequence of winning cell numbers in increasing cell numbers. + */ +typedef struct { + size_t line[3]; ///< the sequence of cells (1...9) or 0 in the first element if no win +} control_line_t; + +/** + * @brief The instance type. + */ +typedef struct { + control_player_t player; ///< the current player + model_t *model; ///< the reference to the model +} control_t; + +/** + * @brief Constructor: initialize the instance memory. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param model [IN] Dependency Injection of the model instance. + */ +void control_init(control_t *instance, model_t *model); + +/** + * @brief Performs a move on the board. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param cell [IN] The affected field (1...9) + * @remark Silently ignores a move if it is not allowed (e.g. if already completed or the field is already played, etc.). + */ +void control_move(control_t *instance, size_t cell); + +/** + * @brief Queries the winning player. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @returns Returns the winning player (if any). + */ +control_player_t control_get_winner(control_t *instance); + +/** + * @brief Queries the next player. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @returns Returns the next player (if any). + * @remark This is updated by the control_move() function. + */ +control_player_t control_get_player(control_t *instance); + +/** + * @brief Queries the state of a field. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param cell [IN] The affected field of the board (1...9). + * @returns Returns the player which played this field (if any). + */ +control_player_t control_get_state(control_t *instance, size_t cell); + +/** + * @brief Gets the winning fields (if any). + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @returns Returns the field numbers in increasing order (1...9) which win the game (if any). + * @remark If there is no winner (yet), the first entry in the result is 0. + */ +control_line_t control_get_win(control_t *instance); + +#endif // _CONTROL_H_ diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/main.c b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/main.c new file mode 100644 index 0000000..7e66b7e --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/main.c @@ -0,0 +1,39 @@ + /* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab P04 dep2dot + */ +#include +#include + +#include "view.h" +#include "model.h" +#include "control.h" + +/** + * @brief main function + * @param argc [in] number of entries in argv + * @param argv [in] program name plus command line arguments + * @returns returns success if valid date is given, failure otherwise + */ +int main(int argc, const char *argv[]) +{ + view_t view; + control_t control; + model_t model; + + model_init(&model); + control_init(&control, &model); + view_init(&view, &control); + view_run(&view); + + return EXIT_SUCCESS; +} diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/model.c b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/model.c new file mode 100644 index 0000000..fd673bc --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/model.c @@ -0,0 +1,165 @@ +/** + * @file + * @brief Implementation + */ +#include "model.h" +#include + +/** + * @brief Asserts that the position is in range. + * @param [IN] The position to check. + */ +static void assert_pos(model_pos_t pos) +{ + assert(pos.row < MODEL_SIZE); + assert(pos.col < MODEL_SIZE); +} + +/** + * @brief Sets the field on the board to the given state. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param pos [IN] The affected field. + * @param state [IN] The new state of the field. + */ +static void set_state(model_t *instance, model_pos_t pos, model_state_t state) +{ + assert_pos(pos); + + // Instructions to the students: + // set the field of the board to the new state + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +// public API function which is documented in the header file. +model_pos_t model_pos(size_t row, size_t col) +{ + return (model_pos_t){row, col}; +} + +// public API function which is documented in the header file. +void model_init(model_t *instance) +{ + assert(instance); + + // Instructions to the students: + // set all fields of the board to model_state_none + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +// public API function which is documented in the header file. +model_state_t model_get_state(model_t *instance, model_pos_t pos) +{ + assert(instance); + assert_pos(pos); + + // Instructions to the students: + // replace the stub implementation my access to the field at the given position. + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + return model_state_none; // stub + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +// public API function which is documented in the header file. +model_line_t model_get_win_line(model_t *instance) +{ + assert(instance); + model_state_t anchor; + + // horizontal + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + anchor = model_get_state(instance, model_pos(row, 0)); + if (anchor != model_state_none + && anchor == model_get_state(instance, model_pos(row, 1)) + && anchor == model_get_state(instance, model_pos(row, 2))) { + return (model_line_t) { model_dir_h, { row, 0 } }; + } + } + + // vertical + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + anchor = model_get_state(instance, model_pos(0, col)); + if (anchor != model_state_none + && anchor == model_get_state(instance, model_pos(1, col)) + && anchor == model_get_state(instance, model_pos(2, col))) { + return (model_line_t) { model_dir_v, { 0, col } }; + } + + + } + + // diagonal + anchor = model_get_state(instance, model_pos(1, 1)); + if (anchor != model_state_none) { + if (anchor == model_get_state(instance, model_pos(0, 0)) && anchor == model_get_state(instance, model_pos(2, 2))) { + return (model_line_t) { model_dir_d, { 0, 0 } }; + } + if (anchor == model_get_state(instance, model_pos(2, 0)) && anchor == model_get_state(instance, model_pos(0, 2))) { + return (model_line_t) { model_dir_d, { 0, 2 } }; + } + } + + // fallback + return (model_line_t) { model_dir_none, { 0, 0 } }; +} + +// public API function which is documented in the header file. +model_state_t model_get_winner(model_t *instance) +{ + assert(instance); + model_line_t line = model_get_win_line(instance); + return line.dir == model_dir_none + ? model_state_none + : model_get_state(instance, model_pos(line.start.row, line.start.col)) + ; +} + +// public API function which is documented in the header file. +int model_can_move(model_t *instance) +{ + assert(instance); + if (model_get_winner(instance) == model_state_none) { + // Instructions to the students: + // scan all fields: return 1 with first field which equals model_state_none + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + + + + + + + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + } + return 0; +} + +// public API function which is documented in the header file. +int model_move(model_t *instance, model_pos_t pos, model_state_t state) +{ + assert(instance); + assert_pos(pos); + if (model_get_state(instance, pos) == model_state_none && model_can_move(instance)) { + set_state(instance, pos, state); + return 1; + } + return 0; +} diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/model.h b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/model.h new file mode 100644 index 0000000..51e2678 --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/model.h @@ -0,0 +1,108 @@ +/** + * @file + * @brief MVC - Model instance + */ +#ifndef _MODEL_H_ +#define _MODEL_H_ + +#include + +#define MODEL_SIZE 3 ///< size of the game to avoid magic numbers in the code (not meant to modify) + +/** + * @brief The position on the board. + */ +typedef struct { + size_t row; ///< The row (0-based). + size_t col; ///< The column (0-based). +} model_pos_t; + +/** + * @brief Winner line direction - the winner line is given together with the start position. + */ +typedef enum { + model_dir_none, ///< no winner line + model_dir_h, ///< horizontal + model_dir_v, ///< vertical + model_dir_d, ///< diagonal +} model_dir_t; + +/** + * @brief The Winner line (if any). + */ +typedef struct { + model_dir_t dir; ///< the winner line direction (if any) + model_pos_t start; ///< the start position of the winner line +} model_line_t; + +/** + * @brief The state of a field. + */ +typedef enum { + model_state_none, ///< field available to play + model_state_a, ///< field already played + model_state_b, ///< field already played +} model_state_t; + +/** + * @brief The instance type. + */ +typedef struct { + model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE]; ///< the play board +} model_t; + +/** + * @brief Convert to row and col to position. + * @param row [IN] position parameter + * @param col [IN] position parameter + * @return Returns the position given be row and col parameters. + */ +model_pos_t model_pos(size_t row, size_t col); + +/** + * @brief Constructor: initialize the instance memory. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + */ +void model_init(model_t *instance); + +/** + * @brief Queries the state of the given field. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param pos [IN] The affected field. + * @return Returns the state of the field. + */ +model_state_t model_get_state(model_t *instance, model_pos_t pos); + +/** + * @brief Queries the winner (if any). + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @return Returns the wining player or model_state_none if no winner (yet). + */ +model_state_t model_get_winner(model_t *instance); + +/** + * @brief Queries if a move is possible (i.e. not won yet and any field available?). + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @return Returns 0 if no move possible, 1 otherwise. + */ +int model_can_move(model_t *instance); + +/** + * @brief Do a move if possible. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param pos [IN] The field to play. + * @param state [IN] The new state (only model_state_a and model_state_b allowed). + * @return Returns if the attempt to move was successful. + * @remark Does only succeed if not yet won and if the field is available. + */ +int model_move(model_t *instance, model_pos_t pos, model_state_t state); + +/** + * @brief Gets the winner line (if any). + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @returns The line which wins (if any). + * @remark The start position is 0/0, 1/0, 2/0 for horizontal, 0/0, 0/1, 0/2 for vertical, 0/0, 0/2 for diagonal. + */ +model_line_t model_get_win_line(model_t *instance); + +#endif // _MODEL_H_ diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/view.c b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/view.c new file mode 100644 index 0000000..a248c49 --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/view.c @@ -0,0 +1,255 @@ +/** + * @file + * @brief Implementation + */ +#include "view.h" +#include "control.h" + +#include // assert() +#include // various i/o +#include // isdigit() +#include // STDIN_FILENO, isatty() +#include // tcgetattr(), tcsetattr() + +#define EXIT '0' ///< the UI exit request + +#define CLS "\033[2J" ///< ANSI termial CSI sequence for clear screen +#define AVAILABLE "\033[40m" ///< ANSI termial CSI sequence for available fields (black) +#define PLAYER_A "\033[42m" ///< ANSI termial CSI sequence for one player (green) +#define PLAYER_B "\033[41m" ///< ANSI termial CSI sequence for the other player (red) +#define GAP "\033[47m" ///< ANSI termial CSI sequence for boarder (white) +#define RESET "\033[0m" ///< ANSI termial CSI sequence to reset all settings + +#define CELL_WIDTH 10 ///< rendering parameter: columns per cell +#define CELL_HEIGHT 5 ///< rendering parameter: rows per cell +#define GAP_WIDTH 4 ///< rendering parameter: columns per border +#define GAP_HEIGHT 2 ///< rendering parameter: rows per boarder + +#define SIZE 3 ///< size of the game to avoid magic numbers in the code (not meant to modify) +#define CELLS (SIZE * SIZE) ///< size of the game to avoid magic numbers in the code (not meant to modify) + +/** + * @brief Position the cursor for further output. + * @param row [IN] position parameter + * @param col [IN] position parameter + */ +static void goto_pos(size_t row, size_t col) +{ + printf("\033[%zd;%zdH", row, col); +} + +/** + * @brief Displays a sequence of spaces at the given position in the given background color. + * @param row [IN] position parameter + * @param col [IN] position parameter + * @param width [IN] how many spaces to write + * @param color [IN] the format string before writing the spaces (intent: background color) + * @remark After writing the spaces, the format is reset. + */ +static size_t show_bar(size_t row, size_t col, size_t width, const char* color) +{ + goto_pos(row, col); + printf("%s", color); + for(size_t col = 0; col < width; col++) { + putchar(' '); + } + printf(RESET); + return col + width; +} + +/** + * @brief Displays a horizontal border over the whole board width. + * @param row [IN] position parameter + * @param col [IN] position parameter + */ +static size_t show_h_gap(size_t row, size_t col) { + for(size_t i = 0; i < GAP_HEIGHT; i++) { + show_bar(row+i, col, GAP_WIDTH + CELL_WIDTH + GAP_WIDTH, GAP); + } + return row + GAP_HEIGHT; +} + +/** + * @brief Writes for the call at position y/x the given number with the given background color. + * @param y [IN] position parameter: the upper left row of the cell + * @param x [IN] position parameter: the upper left column of the cell + * @param n [IN] the number to write as text + * @param color [IN] the format string before writing the text (intent: background color) + * @remark After writing the number, the format is reset. + */ +static void show_cell_nr(size_t y, size_t x, size_t n, const char *color) +{ + size_t cy = (y + y + CELL_HEIGHT)/2; + size_t cx = (x + x + CELL_WIDTH - 2)/2; + + goto_pos(cy, cx); + printf("%s", color); + printf("%2zd", n); + printf(RESET); +} + +/** + * @brief Renders the given cell with the given background color, including the surrounding border. + * @param n [IN] the cell number (0...CELLS-1) + * @param color [IN] the format string for the cell content (intent: background color) + * @remark After writing the number, the format is reset. + */ +static void show_cell(size_t n, const char *color) +{ + // goto upper-left corner of a cell (the cell starts with an upper and left gap) + size_t y = 1 + n / SIZE * (GAP_HEIGHT + CELL_HEIGHT); + size_t x = 1 + n % SIZE * (GAP_WIDTH + CELL_WIDTH); + + size_t row = show_h_gap(y, x); + for(size_t i = 0; i < CELL_HEIGHT; i++) { + size_t col = x; + col = show_bar(row, col, GAP_WIDTH, GAP); + col = show_bar(row, col, CELL_WIDTH, color); + col = show_bar(row, col, GAP_WIDTH, GAP); + row++; + } + row = show_h_gap(row, x); + show_cell_nr(y + GAP_HEIGHT, x + GAP_WIDTH, n + 1, color); + goto_pos(row, 0); +} + +/** + * @brief Renders the given player's name in the given background color. + * @param player [IN] the player to render (select the background color and the name of the player + * @remark After writing the content, the format is reset. + */ +static void print_player(control_player_t player) +{ + switch(player) { + case control_player_a: + printf(PLAYER_A); + printf("Player A"); + printf(RESET); + break; + case control_player_b: + printf(PLAYER_B); + printf("Player B"); + printf(RESET); + break; + default: + printf(RESET); + printf("none"); + break; + } +} + +/** + * @brief Displays a label followed by the given player. + * @param row [IN] position parameter + * @param col [IN] position parameter + * @param label [IN] the profixing label + * @param player [IN] the player to display + */ +static void show_player(size_t row, size_t col, const char *label, control_player_t player) +{ + goto_pos(row, col); + printf(RESET); + col += printf("%s", label); + goto_pos(row, col); + print_player(player); +} + +/** + * @brief Renders the winner and the next player. + * @param winner [IN] the winning player (if any) + * @param next [IN] the next player (if any) + */ +static void show_status(control_player_t winner, control_player_t next) +{ + size_t y = GAP_HEIGHT; + size_t x = SIZE * (GAP_WIDTH + CELL_WIDTH) + GAP_WIDTH + GAP_WIDTH; + size_t row = y; + size_t col = x; + + show_player(row, col, "Winner is: ", winner); + row += 2; + show_player(row, col, "Next player is: ", next); + row += 2; + row += 2; + goto_pos(row, col); + printf("0: exit"); + row += 2; + goto_pos(row, col); + printf("1..9: play field"); +} + +/** + * @brief Renders the board from the status given by the control instance. + * @param instance [IN] the instance which holds the control instance + */ +static void show(view_t *instance) +{ + assert(instance); + assert(instance->control); + puts(CLS); + show_status(control_get_winner(instance->control), control_get_player(instance->control)); + + for(size_t i = 0; i < CELLS; i++) { + const char *color = AVAILABLE; + switch(control_get_state(instance->control, i+1)) { + case control_player_a: + color = PLAYER_A; + break; + case control_player_b: + color = PLAYER_B; + break; + default: + break; + } + show_cell(i, color); + } +} + +/** + * @brief Processes the input and dsiplays the result. + * @param the instance which holds the control instance + */ +static void notifier_loop(view_t *instance) +{ + show(instance); + int c = getchar(); + while(c != EOF && c != EXIT) { + if (isdigit(c)) { + control_move(instance->control, c-'0'); + } + show(instance); + c = getchar(); + } +} + + +// public API function which is documented in the header file. +void view_init(view_t *instance, control_t *control) +{ + assert(instance); + assert(control); + instance->control = control; +} + +// public API function which is documented in the header file. +void view_run(view_t *instance) +{ + if (isatty(STDIN_FILENO)) { // in case of an interactive terminal, the exhoing and buffering is disabled + // declare non POSIX function, which is available in glibc, but not in strinct C99 mode + void cfmakeraw(struct termios *termios_p); + + // replace original tty IO state... + struct termios orig; + struct termios raw; + cfmakeraw(&raw); + tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig); + tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &raw); + // ...do the work... + notifier_loop(instance); + // ...and finalle restore original tty IO state + tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig); + } else { // if not an interactive terminal, no tweaking with IO is done + notifier_loop(instance); + } +} + diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/view.h b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/view.h new file mode 100644 index 0000000..84cee90 --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/src/view.h @@ -0,0 +1,31 @@ +/** + * @file + * @brief MVC - View instance + */ +#ifndef _VIEW_H_ +#define _VIEW_H_ + +#include "control.h" + +/** + * @brief The instance type. + */ +typedef struct { + control_t *control; ///< the instance knows of the control instance +} view_t; + +/** + * @brief Constructor: initialize the instance memory. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @param control [IN] Dependency Injection of the control instance. + */ +void view_init(view_t *instance, control_t *control); + +/** + * @brief Starts the notifyer loop: accepts input and displays the results. + * @param instance [INOUT] The instance which holds the state. + * @remark Does only return when termination is requested through the UI. + */ +void view_run(view_t *instance); + +#endif // _VIEW_H_ diff --git a/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/tests/tests.c b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/tests/tests.c new file mode 100644 index 0000000..f2d15df --- /dev/null +++ b/P05_TicTacToe/work/tic-tac-toe/tests/tests.c @@ -0,0 +1,445 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Test suite for the given package. + */ +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include "test_utils.h" +#include "model.h" + +#ifndef TARGET // must be given by the make file --> see test target +#error missing TARGET define +#endif + +/// @brief alias for EXIT_SUCCESS +#define OK EXIT_SUCCESS +/// @brief alias for EXIT_FAILURE +#define FAIL EXIT_FAILURE + +/// @brief The name of the STDOUT text file. +#define OUTFILE "stdout.txt" +/// @brief The name of the STDERR text file. +#define ERRFILE "stderr.txt" + +#define TRACE_INDENT "\n " ///< allow for better stdout formatting in case of error + +// setup & cleanup +static int setup(void) +{ + remove_file_if_exists(OUTFILE); + remove_file_if_exists(ERRFILE); + return 0; // success +} + +static int teardown(void) +{ + // Do nothing. + // Especially: do not remove result files - they are removed in int setup(void) *before* running a test. + return 0; // success +} + +// test utils +static void init_model(model_t *instance, int act) +{ + if (act) printf(TRACE_INDENT "init_model:... "); + model_init(instance); + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + if (act) printf("%zd/%zd ", row, col); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(instance->board[row][col], model_state_none); + } + } + if (act) printf(TRACE_INDENT); +} + +static void print_board(model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE]) +{ + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + printf("{ "); + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + printf("%d ", board[row][col]); + } + printf("} "); + } +} + + +// tests +static void test_model_init(void) +{ + // check void model_init(model_t *instance); + + // arrange + model_t model; + // act & assert + init_model(&model, 1); +} + +static void test_model_get_state(void) +{ + // check: model_state_t model_get_state(model_t *instance, model_pos_t pos); + + { + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "initial state:... "); + print_board(model.board); + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + printf("%zd/%zd ", row, col); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_get_state(&model, model_pos(row, col)), model_state_none); + } + } + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_none, model_state_a, model_state_b }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_none }, + { model_state_b, model_state_none, model_state_a }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "modified state:... "); + print_board(model.board); + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + printf("%zd/%zd ", row, col); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_get_state(&model, model_pos(row, col)), board[row][col]); + } + } + } + printf(TRACE_INDENT); +} + +static void test_model_get_winner(void) +{ + // check: model_state_t model_get_winner(model_t *instance); + + { + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "initial no winner:... "); + print_board(model.board); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_get_winner(&model), model_state_none); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_none, model_state_a, model_state_b }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_none }, + { model_state_b, model_state_none, model_state_a }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "winner:... "); + print_board(model.board); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_get_winner(&model), model_state_b); + } + printf(TRACE_INDENT); +} + +static void test_model_can_move(void) +{ + // check: int model_can_move(model_t *instance); + + { + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "initial can move:... "); + print_board(model.board); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_can_move(&model), 1); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_none, model_state_a, model_state_a }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_none }, + { model_state_b, model_state_none, model_state_b }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "can move while not yet done nor win:... "); + print_board(model.board); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_can_move(&model), 1); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_none, model_state_a, model_state_b }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_none }, + { model_state_b, model_state_none, model_state_a }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "cannot move after win:... "); + print_board(model.board); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_can_move(&model), 0); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_b, model_state_a, model_state_a }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_b }, + { model_state_b, model_state_a, model_state_a }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "cannot move when all done:... "); + print_board(model.board); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_can_move(&model), 0); + } + printf(TRACE_INDENT); +} + +static void test_model_move(void) +{ + // check: int model_move(model_t *instance, model_pos_t pos, model_state_t state); + + { + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "initial move:... "); + print_board(model.board); + model_pos_t pos_a = model_pos(0, 0); + printf("%zd/%zd ", pos_a.row, pos_a.col); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos_a, model_state_a), 1); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos_a, model_state_a), 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos_a, model_state_b), 0); + model_pos_t pos_b = model_pos(2, 2); + printf("%zd/%zd ", pos_b.row, pos_b.col); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos_b, model_state_b), 1); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos_b, model_state_b), 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos_b, model_state_a), 0); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_none, model_state_a, model_state_a }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_none }, + { model_state_b, model_state_none, model_state_b }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "can move while not yet done nor win:... "); + print_board(model.board); + model_pos_t pos = model_pos(2, 1); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos, model_state_a), 1); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos, model_state_a), 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos, model_state_b), 0); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_none, model_state_a, model_state_b }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_none }, + { model_state_b, model_state_none, model_state_a }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "cannot move after win:... "); + print_board(model.board); + model_pos_t pos = model_pos(2, 1); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos, model_state_a), 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos, model_state_b), 0); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_b, model_state_a, model_state_a }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_b }, + { model_state_b, model_state_a, model_state_a }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "cannot move when all done:... "); + print_board(model.board); + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + model_pos_t pos = model_pos(row, col); + printf("%zd/%zd ", row, col); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos, model_state_a), 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, pos, model_state_b), 0); + } + } + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_can_move(&model), 0); + } + printf(TRACE_INDENT); +} + +static void test_model_get_win_line(void) +{ + // check: model_line_t model_get_win_line(model_t *instance); + + { + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "initial no winner:... "); + print_board(model.board); + model_line_t no_win = model_get_win_line(&model); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(no_win.dir, model_dir_none); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_none, model_state_a, model_state_a }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_none }, + { model_state_b, model_state_none, model_state_b }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "no winner while not yet done nor win:... "); + print_board(model.board); + model_line_t no_win = model_get_win_line(&model); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(no_win.dir, model_dir_none); + } + { + // arrange + static const model_state_t board[MODEL_SIZE][MODEL_SIZE] = { + { model_state_b, model_state_a, model_state_a }, + { model_state_a, model_state_b, model_state_b }, + { model_state_b, model_state_a, model_state_a }, + }; + model_t model; + init_model(&model, 0); + memcpy(model.board, board, sizeof(board)); + + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "no winner when all done:... "); + print_board(model.board); + model_line_t no_win = model_get_win_line(&model); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(no_win.dir, model_dir_none); + } + { + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, model_pos(row, col), model_state_a), 1); + } + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "row winner:... "); + print_board(model.board); + model_line_t win = model_get_win_line(&model); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.dir, model_dir_h); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.row, row); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.col, 0); + } + } + { + for(size_t col = 0; col < MODEL_SIZE; col++) { + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + for(size_t row = 0; row < MODEL_SIZE; row++) { + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, model_pos(row, col), model_state_a), 1); + } + // act & assert + printf(TRACE_INDENT "column winner:... "); + print_board(model.board); + model_line_t win = model_get_win_line(&model); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.dir, model_dir_v); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.row, 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.col, col); + } + } + { + printf(TRACE_INDENT "diagonal left-right winner:... "); + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + for(size_t i = 0; i < MODEL_SIZE; i++) { + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, model_pos(i, i), model_state_a), 1); + } + // act & assert + print_board(model.board); + model_line_t win = model_get_win_line(&model); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.dir, model_dir_d); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.row, 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.col, 0); + } + { + printf(TRACE_INDENT "diagonal right-left winner:... "); + // arrange + model_t model; + init_model(&model, 0); + for(size_t i = 0; i < MODEL_SIZE; i++) { + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(model_move(&model, model_pos(MODEL_SIZE - 1 - i, i), model_state_a), 1); + } + // act & assert + print_board(model.board); + model_line_t win = model_get_win_line(&model); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.dir, model_dir_d); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.row, 0); + CU_ASSERT_EQUAL_FATAL(win.start.col, MODEL_SIZE - 1); + } + printf(TRACE_INDENT); +} + +/** + * @brief Registers and runs the tests. + * @returns success (0) or one of the CU_ErrorCode (>0) + */ +int main(void) +{ + // setup, run, teardown + TestMainBasic("lab test", setup, teardown + , test_model_init + , test_model_get_state + , test_model_get_winner + , test_model_can_move + , test_model_move + , test_model_get_win_line + ); +} diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/P07_Personen_Verwaltung_Linked_List.docx b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/P07_Personen_Verwaltung_Linked_List.docx new file mode 100644 index 0000000..68c5257 Binary files /dev/null and b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/P07_Personen_Verwaltung_Linked_List.docx differ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/P07_Personen_Verwaltung_Linked_List.pdf b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/P07_Personen_Verwaltung_Linked_List.pdf new file mode 100644 index 0000000..9cd3c97 Binary files /dev/null and b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/P07_Personen_Verwaltung_Linked_List.pdf differ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/README.md b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/README.md new file mode 100644 index 0000000..a45e70b --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/README.md @@ -0,0 +1,254 @@ +# 06 - Personen Verwaltung – Linked List +___ + +![](./linked_list.png) + +___ + +## 1. Übersicht +In diesem Praktikum schreiben Sie eine einfache Personenverwaltung. Dabei werden Sie etliche Elemente von C anwenden: +* Header Files selber schreiben, inklusive Include Guard +* Typen definieren +* Funktionen mit `by value` und `by reference` Parametern deklarieren und definieren +* einfache Variablen, Pointer Variablen, struct Variablen und Array Variablen benutzen +* Strukturen im Speicher dynamisch allozieren und freigeben +* I/O und String Funktionen aus der Standard Library anwenden +* Anwender Eingaben verarbeiten +* Fehlerbehandlung + +___ + +## 2. Lernziele + +In diesem Praktikum wenden Sie viele der bisher gelernten C Elemente an. +* Sie können anhand dieser Beschreibung ein vollständiges C Programm schreiben. +* Sie können Unit Tests schreiben welche die wesentlichen Funktionen des Programms individuell testen. +* +Die Bewertung dieses Praktikums ist am Ende angegeben. + +Erweitern Sie die vorgegebenen Code Gerüste, welche im `git` Repository `snp-lab-code` verfügbar sind. + + +___ + +## 3. Personenverwaltung +___ + + +### 3.1 Programmfunktion +Das Programm soll in einer Schleife dem Benutzer jeweils folgende Auswahl bieten, wovon eine Aktion mit Eingabe des entsprechenden Buchstabens ausgelöst wird: + +**I**(nsert), **R**(emove), **S**(how), **C**(lear), **E**(nd): +* **Insert**: der Benutzer wird aufgefordert, eine Person einzugeben +* **Remove**: der Benutzer wird aufgefordert, die Daten einer zu löschenden Person einzu-geben +* **Show**: eine komplette Liste aller gespeicherten Personen wird in alphabetischer Rei-henfolge ausgegeben +* **Clear**: alle Personen werden gelöscht +* **End**: das Programm wird beendet + +___ + +### 3.2 Designvorgaben + +**Verkettete Liste** +Da zur Kompilierzeit nicht bekannt ist, ob 10 oder 10'000 Personen eingegeben werden, wäre es keine gute Idee, im Programm einen statischen Array mit z.B. 10'000 Personen-Einträgen zu allozieren. Dies wäre ineffizient und umständlich beim sortierten Einfügen von Personen. In solchen Situationen arbeitet man deshalb mit dynamischen Datenstrukturen, die zur Laufzeit beliebig (solange Speicher vorhanden ist) wachsen und wieder schrumpfen können. Eine sehr populäre dynamische Datenstruktur ist die **verkettete Liste** und genau die werden wir in diesem Praktikum verwenden. + + + +![](./a.png) + +![](./b.png) + +![](./c.png) + +![](./d.png) +Abbildung 1: Zyklisch verkettete Liste + + +Eine verkettete Liste bedeutet, dass ein Knoten der verketten Liste einen Datensatz einer Person speichert und zusätzlich einen Pointer auf den nächsten Knoten in der Liste aufweist (siehe Abbildung 1). In dieser Pointer Variablen (`next` in der `node_t` Struktur unten) steht also einfach die Adresse des nächsten Knotens. + +Die leere Liste besteht aus einem einzelnen Element, welches keine spezifische Person abspeichert und welches auf sich selbst zeigt (Abbildung 1 a). Dieses Element ist der Einstiegspunkt der Liste (auch Anker oder Wurzel genannt) und ist das einzige Element, das Sie im Programm direkt kennen und einer Variablen zuweisen. Dieses Element können Sie statisch allozieren (z.B. `node_t anchor`;, siehe Details weiter unten), denn es existiert während der gesamten Ausführungszeit. Alle anderen Elemente erreichen Sie ausgehend vom Anker, indem Sie einmal, den Pointern folgend, im Kreis herum gehen. Abbildung 1 b zeigt die Liste nach dem Einfügen der Person `Max Mueller, 40` Jahre. Nach dem Einfügen von zwei weiteren Personen sieht die Datenstruktur aus wie in Abbildung 1 c. Das Entfernen der Person `Arno Bosshard` führt zu Abbildung 1 d. + +Eine Person kann **zugefügt** werden, indem dynamisch ein neuer Knoten erzeugt wird und dieser in die verkettete Liste eingefügt wird. Beim Einfügen müssen die Adressen der Knoten so den Pointern zugewiesen werden, dass die Kette intakt bleibt. + +Ein Knoten wird **entfernt**, indem der entsprechende Knoten aus der Verkettung herausgelöst wird (`next` des Vorgängerknotens soll neu auf `next` des herauszulösenden Knotens zeigen) und dann der Speicher des entsprechenden Knotens freigegeben wird. + +**Personen und Knoten Records** + +Die für je eine Person zu speichernden Daten sollen in folgendem C `struct` zusammengefasst sein. + +```C +#define NAME_LEN 20 + +typedef struct { + char name[NAME_LEN]; + char first_name[NAME_LEN]; + unsigned int age; +} person_t; +``` + +Jeder Knoten der verketteten Liste soll aus folgendem C `struct` bestehen. + +```C +typedef struct node { + person_t content; // in diesem Knoten gespeicherte Person + struct node *next; // Pointer auf den nächsten Knoten in der Liste +} node_t; +``` + +**Vorschlag: zyklisch verkettete Liste** + +Erkennen des Endes der Liste: bei der zyklisch verketteten Liste zeigt das letzte Element wie-der auf den Anker, die Liste bildet also einen Kreis. Dies ist in Abbildung 1 so abgebildet. + +Alternativ könnte man das Ende erkennbar machen, indem die Kette anstelle von zyklisch, mit einem NULL Pointer endet. + +Die Wahl ist ihnen überlassen ob sie die eine oder andere Art der End-Erkennung implementieren. In der Beschreibung wird angenommen, dass es sich um eine zyklisch verkettete Liste handelt. + +**Sortiertes Einfügen** + +Die Personen Records sollen sortiert in die Liste eingefügt werden. Dies bedeutet, dass vom Anker her gesucht werden soll, bis der erste Knoten gefunden wurde dessen Nachfolgeknoten entweder „grösser“ ist als der einzufügende Knoten, oder wo das Ende der Liste erreicht ist. Die Ordnung (grösser, gleich, kleiner) soll so definiert sein: + +```C +// if (p1 > p2) { ... } +if (person_compare(&p1, &p2) > 0) { ... } +/** + * @brief Compares two persons in this sequence: 1st=name, 2nd=first_name, 3rd=age + * @param a [IN] const reference to 1st person in the comparison + * @param b [IN] const reference to 2nd person in the comparison + * @return =0 if all record fields are the same + * >0 if all previous fields are the same, but for this field, a is greater + * <0 if all previous fields are the same, but for this field, b is greater + * @remark strncmp() is used for producing the result of string field comparisons + * @remark a->age – b->age is used for producing the result of age comparison + */ +int person_compare(const person_t *a, const person_t *b); +``` + +**Eingabe** + +**Fehlerhafte Wahl der Operation** in der Hauptschleife soll gemeldet werden, ansonsten aber ignoriert werden. + +**Fehlerhafte Eingabe der Personenangaben** sollen gemeldet werden und die gesamte Operation (z.B. Insert) verworfen werden. + +Zu prüfende Fehler bei Personeneingaben: +* für die Namen + * zu lange Namen +* für das Alter + * keine Zahl +* Duplikat + * derselbe Record soll nicht doppelt in der Liste vorkommen + +Weitergehende Prüfungen sind nicht erwartet. + +**Zu beachten:** bei fehlerhafter Eingabe darf kein „Memory Leak“ entstehen, d.h. potentiell auf dem Heap allozierter Speicher muss im Fehlerfall freigegeben werden. + + +___ + +### 3.3 Bestehender Programmrahmen + +Der Programmrahmen besteht aus den unten aufgelisteten Files. Es sollen weitere Module in `src` hinzugefügt werden und die bestehenden Files ergänzt werden gemäss den Aufgaben. + +| | | +| :-- | :-- | +| Makefile | -> **zu ergänzen** mit neuen Modulen | +| tests/tests.c | -> **zu ergänzen** gemäss Aufgaben (implementieren von Unit Tests) | +| src/main.c | -> **zu ergänzen** gemäss Aufgaben (Hauptprogramm) | + +___ + +## 4. Aufgabe 1: Modularisierung – API und Implementation main.c +Kreieren Sie folgende Files in `src` und implementieren Sie `main.c` basierend auf dem unten von Ihnen gegebenen API. + + +**File person.h** + + +Typ Definitionen: +```C +person_t... // siehe Beschreibung oben +``` + +Funktionsdeklarationen: +```C +// siehe Beschreibung oben +int person_compare(const person_t *a, const person_t *b); +``` + +* gegebenenfalls weitere Funktionen für die Bearbeitung von Personen + + + + +**File list.h** + +Typ Definitionen: +```C +person_t... // siehe Beschreibung oben +``` + +Funktionsdeklarationen: +* Funktionen für `insert`, `remove`, `clear` Operationen auf der Liste + +___ + +Das Hauptprogramm soll die Eingabeschleife implementieren und die obigen Funktionen (wo angebracht) aufrufen. + +___ + +## 5. Aufgabe 2: Implementierung von person.c und list.c + +Fügen Sie die beiden Implementationsfiles `person.c` und `list.c` zu `src`. Fügen Sie die beiden Module im `Makefile` zu der vorgegebenen Variablen `MODULES` hinzu, so dass sie beim `make` Aufruf auch berücksichtigt werden. + +___ + +### 5.1 Teilaufgabe: Implementierung von person.c +Implementieren Sie die Funktionen aus `person.h`. + +Falls nötig, stellen Sie weitere statische Hilfsfunktionen in `person.c` zur Verfügung. + +___ + +### 5.2 Teilaufgabe: Implementierung von list.c + +Implementieren Sie die Funktionen aus `list.h`. + +Falls nötig, stellen Sie weitere statische Hilfsfunktionen in `list.c` zur Verfügung. + +___ + +## 6. Aufgabe 3: Unit Tests + +Schreiben Sie Unit Tests für mindestens die folgenden Funktionen + +* `person.h:` + * `person_compare` +* `list.h:` + * `list_insert` + * `list_remove` + * `list_clear` + +Es existieren in `tests/tests.c` schon vier Test Rahmen für diese Test Cases. + +In diese Test Cases sollen die entsprechenden Funktionen unter verschiedenen Bedingungen isoliert aufgerufen werden und deren Verhalten überprüft werden. + +Verwenden Sie für die Überprüfung die CUnit `CU_ASSERT_...` Makros. + +Siehe dazu auch `man CUnit`. + +Wenn die obigen Teilaufgaben erfolgreich umgesetzt sind, laufen die Tests ohne Fehler durch. + + +___ + +## 7. Bewertung + +| Aufgabe | Kriterium | Punkte | +| :-- | :-- | :-- | +| | Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. | | +| 1 | API von list.h und person.h plus die Implementation von main.c | 2 | +| 2 | Teilaufgabe: person.c | 2 | +| 2 | Teilaufgabe: list.c | 2 | +| 3 | Unit Tests | 2 | + +___ +Version: 11.01.2022 diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/a.png b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/a.png new file mode 100644 index 0000000..925d567 Binary files /dev/null and b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/a.png differ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/a.svg b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/a.svg new file mode 100644 index 0000000..b790e3f --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/a.svg @@ -0,0 +1,42 @@ + + +a) diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/b.png b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/b.png new file mode 100644 index 0000000..1c7d260 Binary files /dev/null and b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/b.png differ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/b.svg b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/b.svg new file mode 100644 index 0000000..46bb1de --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/b.svg @@ -0,0 +1,59 @@ + + +b)MuellerMax40 diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/c.png b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/c.png new file mode 100644 index 0000000..0b42e10 Binary files /dev/null and b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/c.png differ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/c.svg b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/c.svg new file mode 100644 index 0000000..fb93f0b --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/c.svg @@ -0,0 +1,89 @@ + + +Bosshard Arno62MuellerMax40Schmid Anna 32c) diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/d.png b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/d.png new file mode 100644 index 0000000..43daab4 Binary files /dev/null and b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/d.png differ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/d.svg b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/d.svg new file mode 100644 index 0000000..0fddd4d --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/d.svg @@ -0,0 +1,78 @@ + + +MuellerMax40Schmid Anna 32d) diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.png b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.png new file mode 100644 index 0000000..ee01144 Binary files /dev/null and b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.png differ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.svg b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.svg new file mode 100644 index 0000000..ca23342 --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.svg @@ -0,0 +1,68 @@ + + +MuellerMax40Schmid Anna 32 diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.uxf b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.uxf new file mode 100644 index 0000000..1e2355d --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/linked_list.uxf @@ -0,0 +1,386 @@ + + + 10 + + UMLObject + + 120 + 80 + 100 + 60 + + Schmid +Anna +32 +halign=left + + + + Relation + + 210 + 100 + 90 + 30 + + lt=<<<- + 10.0;10.0;70.0;10.0 + + + UMLObject + + 280 + 80 + 100 + 60 + + Mueller +Max +40 +halign=left + + + + UMLObject + + 200 + 180 + 100 + 60 + + +halign=left +bg=#444444 + + + + Relation + + 160 + 130 + 60 + 70 + + lt=<<<- + 40.0;50.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 290 + 130 + 60 + 70 + + lt=<<<- + 40.0;10.0;10.0;50.0 + + + UMLObject + + 320 + 320 + 100 + 60 + + Bosshard +Arno +62 +halign=left + + + + UMLObject + + 140 + 450 + 100 + 60 + + +halign=left +bg=#444444 + + + + Relation + + 110 + 420 + 170 + 80 + + lt=<<<- + 30.0;60.0;10.0;60.0;10.0;10.0;150.0;10.0;150.0;60.0;130.0;60.0 + + + UMLObject + + 370 + 530 + 100 + 60 + + +halign=left +bg=#444444 + + + + UMLObject + + 370 + 440 + 100 + 60 + + Mueller +Max +40 +halign=left + + + + Relation + + 460 + 460 + 50 + 120 + + lt=<<<- + 10.0;10.0;30.0;10.0;30.0;100.0;10.0;100.0 + + + Relation + + 340 + 460 + 50 + 120 + + lt=<<<- + 30.0;100.0;10.0;100.0;10.0;10.0;30.0;10.0 + + + Text + + 180 + 510 + 40 + 30 + + a) +style=wordwrap + + + + Text + + 410 + 590 + 40 + 30 + + b) +style=wordwrap + + + + UMLObject + + 210 + 740 + 100 + 60 + + +halign=left +bg=#444444 + + + + Text + + 250 + 800 + 40 + 30 + + c) +style=wordwrap + + + + UMLObject + + 90 + 670 + 100 + 60 + + Schmid +Anna +32 +halign=left + + + + UMLObject + + 210 + 600 + 100 + 60 + + Mueller +Max +40 +halign=left + + + + UMLObject + + 330 + 670 + 100 + 60 + + Bosshard +Arno +62 +halign=left + + + + Relation + + 300 + 720 + 100 + 70 + + lt=<<<- + 80.0;10.0;10.0;50.0 + + + Relation + + 300 + 620 + 100 + 70 + + lt=<<<- + 10.0;10.0;80.0;50.0 + + + Relation + + 130 + 620 + 100 + 70 + + lt=<<<- + 10.0;50.0;80.0;10.0 + + + Relation + + 130 + 720 + 100 + 70 + + lt=<<<- + 80.0;50.0;10.0;10.0 + + + UMLObject + + 440 + 930 + 100 + 60 + + +halign=left +bg=#444444 + + + + Text + + 480 + 990 + 40 + 30 + + d) +style=wordwrap + + + + UMLObject + + 320 + 850 + 100 + 60 + + Schmid +Anna +32 +halign=left + + + + UMLObject + + 560 + 850 + 100 + 60 + + Mueller +Max +40 +halign=left + + + + Relation + + 530 + 900 + 100 + 80 + + lt=<<<- + 80.0;10.0;10.0;60.0 + + + Relation + + 350 + 900 + 110 + 80 + + lt=<<<- + 90.0;60.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 410 + 870 + 170 + 30 + + lt=<<<- + 10.0;10.0;150.0;10.0 + + diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/Makefile b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/Makefile new file mode 100644 index 0000000..44f82b3 --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/Makefile @@ -0,0 +1,13 @@ +SNP_SHARED_MAKEFILE := $(if $(SNP_SHARED_MAKEFILE),$(SNP_SHARED_MAKEFILE),"~/snp/shared.mk") + +TARGET := bin/personen-verwaltung +# BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE +MODULES := +# END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +SOURCES := src/main.c $(MODULES) +TSTSOURCES := tests/tests.c $(MODULES) + + +include $(SNP_SHARED_MAKEFILE) + +# CFLAGS += -Werror diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/mainpage.dox b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/mainpage.dox new file mode 100644 index 0000000..05d1c72 --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/mainpage.dox @@ -0,0 +1,8 @@ +/** + * @mainpage SNP - P07 Linked List + * + * @section Purpose + * + * This is a lab on usage of arrays. + * + */ diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/src/main.c b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/src/main.c new file mode 100644 index 0000000..3dd772a --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/src/main.c @@ -0,0 +1,29 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Lab implementation + */ +#include +#include + +/** + * @brief Main entry point. + * @param[in] argc The size of the argv array. + * @param[in] argv The command line arguments... + * @returns Returns EXIT_SUCCESS (=0) on success, EXIT_FAILURE (=1) there is an expression syntax error. + */ +int main(int argc, char* argv[]) +{ + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE + return EXIT_SUCCESS; +} diff --git a/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/tests/tests.c b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/tests/tests.c new file mode 100644 index 0000000..408182d --- /dev/null +++ b/P06_Personen_Verwaltung_Linked_List/work/personen-verwaltung/tests/tests.c @@ -0,0 +1,119 @@ +/* ---------------------------------------------------------------------------- + * -- _____ ______ _____ - + * -- |_ _| | ____|/ ____| - + * -- | | _ __ | |__ | (___ Institute of Embedded Systems - + * -- | | | '_ \| __| \___ \ Zuercher Hochschule Winterthur - + * -- _| |_| | | | |____ ____) | (University of Applied Sciences) - + * -- |_____|_| |_|______|_____/ 8401 Winterthur, Switzerland - + * ---------------------------------------------------------------------------- + */ +/** + * @file + * @brief Test suite for the given package. + */ +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include "test_utils.h" + +#ifndef TARGET // must be given by the make file --> see test target +#error missing TARGET define +#endif + +/// @brief alias for EXIT_SUCCESS +#define OK EXIT_SUCCESS +/// @brief alias for EXIT_FAILURE +#define FAIL EXIT_FAILURE + +/// @brief The name of the STDOUT text file. +#define OUTFILE "stdout.txt" +/// @brief The name of the STDERR text file. +#define ERRFILE "stderr.txt" + +#define TRACE_INDENT "\n " ///< allow for better stdout formatting in case of error + +// setup & cleanup +static int setup(void) +{ + remove_file_if_exists(OUTFILE); + remove_file_if_exists(ERRFILE); + return 0; // success +} + +static int teardown(void) +{ + // Do nothing. + // Especially: do not remove result files - they are removed in int setup(void) *before* running a test. + return 0; // success +} + +// tests +static void test_person_compare(void) +{ + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + // arrange + + // act + CU_FAIL("missing test"); + + // assert + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +static void test_list_insert(void) +{ + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + // arrange + + // act + CU_FAIL("missing test"); + + // assert + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +static void test_list_remove(void) +{ + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + // arrange + + // act + CU_FAIL("missing test"); + + // assert + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +static void test_list_clear(void) +{ + // BEGIN-STUDENTS-TO-ADD-CODE + // arrange + + // act + CU_FAIL("missing test"); + + // assert + + // END-STUDENTS-TO-ADD-CODE +} + +/** + * @brief Registers and runs the tests. + * @returns success (0) or one of the CU_ErrorCode (>0) + */ +int main(void) +{ + // setup, run, teardown + TestMainBasic("lab test", setup, teardown + , test_person_compare + , test_list_insert + , test_list_remove + , test_list_clear + ); +} diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/P09_1_Prozesse_und_Threads.docx b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_1_Prozesse_und_Threads.docx new file mode 100644 index 0000000..063c745 Binary files /dev/null and b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_1_Prozesse_und_Threads.docx differ diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/P09_1_Prozesse_und_Threads.pdf b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_1_Prozesse_und_Threads.pdf new file mode 100644 index 0000000..5d3c386 Binary files /dev/null and b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_1_Prozesse_und_Threads.pdf differ diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/P09_2_Dämon_Prozesse.docx b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_2_Dämon_Prozesse.docx new file mode 100644 index 0000000..1966e8b Binary files /dev/null and b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_2_Dämon_Prozesse.docx differ diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/P09_2_Dämon_Prozesse.pdf b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_2_Dämon_Prozesse.pdf new file mode 100644 index 0000000..78acc4d Binary files /dev/null and b/P07_Prozesse_und_Threads/P09_2_Dämon_Prozesse.pdf differ diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/README.bbl b/P07_Prozesse_und_Threads/README.bbl new file mode 100644 index 0000000..e69de29 diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/README.blg b/P07_Prozesse_und_Threads/README.blg new file mode 100644 index 0000000..bd2960c --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/README.blg @@ -0,0 +1,5 @@ +[0] Config.pm:311> INFO - This is Biber 2.16 +[0] Config.pm:314> INFO - Logfile is 'README.blg' +[131] biber-MSWIN64:340> INFO - === +[445] Utils.pm:411> ERROR - Cannot find 'README.bcf'! +[445] Biber.pm:132> INFO - ERRORS: 1 diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/README.log b/P07_Prozesse_und_Threads/README.log new file mode 100644 index 0000000..e69de29 diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/README.md b/P07_Prozesse_und_Threads/README.md new file mode 100644 index 0000000..bdbd3bd --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/README.md @@ -0,0 +1,441 @@ +# 07 - Prozesse und Threads +___ + +![](./ein_mann_orchester.png) + + +[Quelle: https://www.wikiwand.com/de/Ein-Mann-Orchester](https://www.wikiwand.com/de/Ein-Mann-Orchester) + +___ + +## 1. Übersicht +In diesem Praktikum werden wir uns mit Prozessen, Prozesshierarchien und Threads beschäftigen, um ein gutes Grundverständnis dieser Abstraktionen zu erhalten. Sie werden bestehenden Code analysieren und damit experimentieren. D.h. dies ist nicht ein «Codierungs»-Praktikum, sondern ein «Analyse»- und «Experimentier»-Praktikum. +___ + +### 1.1 Nachweis +Dieses Praktikum ist eine leicht abgewandelte Variante des ProcThreads Praktikum des Moduls BSY, angepasst an die Verhältnisse des SNP Moduls. Die Beispiele und Beschreibungen wurden, wo möglich, eins-zu-ein übernommen. + +Als Autoren des BSY Praktikums sind genannt: M. Thaler, J. Zeman. + + +___ + +## 2. Lernziele +In diesem Praktikum werden Sie sich mit Prozessen, Prozesshierarchien und Threads beschäftigen. Sie erhalten einen vertieften Einblick und Verständnis zur Erzeugung, Steuerung und Terminierung von Prozessen unter Unix/Linux und Sie werden die unterschiedlichen Eigenschaften von Prozessen und Threads kennenlernen. +* Sie können Prozesse erzeugen und die Prozesshierarchie erklären +* Sie wissen was beim Erzeugen eines Prozesses vom Elternprozess vererbt wird +* Sie wissen wie man auf die Terminierung von Kindprozessen wartet +* Sie kennen die Unterschiede zwischen Prozessen und Threads +___ + +## 3. Aufgaben +Das Betriebssystem bietet Programme um die aktuellen Prozesse und Threads darzustellen. + +Die Werkzeuge kommen mit einer Vielzahl von Optionen für die Auswahl und Darstellung der Daten, z.B. ob nur Prozesse oder auch Threads aufgelistet werden sollen, und ob alle Prozesse oder nur die «eigenen» Prozesse ausgewählt werden sollen, etc. + +Siehe die entsprechenden `man` Pages für weitere Details. + +Eine Auswahl, welche unter Umständen für die folgenden Aufgaben nützlich sind: + +| | | +| :-- | :-- | +| `ps` | Auflisten der Prozess Zustände zum gegebenen Zeitpunkt. | +| `pstree` | Darstellung der gesamten Prozesshierarchie. | +| `top` | Wie `ps`, aber die Darstellung wird in Zeitintervallen aufdatiert. | +| `htop` | Wie `top`, aber zusätzlich dazu die Auslastung der CPU in einem System mit mehreren CPUs. | +| `lscpu` | Auflisten der CPUs. | +| `cat`/`proc`/`cpuinfo` | Ähnlich zu `lscpu`, aber mit Zusatzinformationen wie enthaltene CPU Bugs (z.B. `bugs: cpu_meltdown spectre_v1 spect-re_v2 spec_store_bypass l1tf mds swapgs itlb_multihit`) | + +___ + +### 3.1 Aufgabe 1: Prozess mit fork() erzeugen + +**Ziele** + +* Verstehen, wie mit `fork()` Prozesse erzeugt werden. +* Einfache Prozesshierarchien kennenlernen. +* Verstehen, wie ein Programm, das `fork()` aufruft, durchlaufen wird. + +**Aufgaben** +1. Studieren Sie zuerst das Programm `ProcA1.c` und beschrieben Sie was geschieht. + ``` + + + ``` +2. Notieren Sie sich, was ausgegeben wird. Starten Sie das Programm und vergleichen Sie die Ausgabe mit ihren Notizen? Was ist gleich, was anders und wieso? + ``` + + + ``` + +___ + +### 3.2 Aufgabe 2: Prozess mit fork() und exec(): Programm Image ersetzen + +**Ziele** +* An einem Beispiel die Funktion `execl()` kennenlernen. +* Verstehen, wie nach `fork()` ein neues Programm gestartet wird. +**Aufgaben** +1. Studieren Sie zuerst die Programme `ProcA2.c` und `ChildProcA2.c`. +2. Starten Sie `ProcA2.e` und vergleichen Sie die Ausgabe mit der Ausgabe unter Aufgabe 1. Diskutieren und erklären Sie was gleich ist und was anders. + ``` + + + ``` +3. Benennen Sie `ChildProcA2.e` auf `ChildProcA2.f` um (Shell Befehl `mv`) und überlegen Sie, was das Programm nun ausgibt. Starten Sie `ProcA2.e` und vergleichen Sie Ihre Überlegungen mit der Programmausgabe. + ``` + + + ``` +4. Nennen Sie das Kindprogramm wieder `ChildProcA2.e` und geben Sie folgenden Befehl ein: `chmod -x ChildProcA2.e`. Starten Sie wiederum `ProcA2.e` und analysieren Sie die Ausgabe von `perror("...")`. Wieso verwenden wir `perror()`? + ``` + + + ``` + +___ + +### 3.3 Aufgabe 3: Prozesshierarchie analysieren + +**Ziele** + +* Verstehen, was `fork()` wirklich macht. +* Verstehen, was Prozesshierarchien sind. + +**Aufgaben** + +1. Studieren Sie zuerst Programm `ProcA3.c` und zeichnen Sie die entstehende Prozesshierarchie (Baum) von Hand auf. Starten Sie das Programm und verifizieren Sie ob Ihre Prozesshierarchie stimmt. +2. Mit dem Befehl `ps f` oder `pstree` können Sie die Prozesshierarchie auf dem Bildschirm ausgeben. Damit die Ausgabe von `pstree` übersichtlich ist, müssen Sie in dem Fenster, wo Sie das Programm `ProcA3.e` starten, zuerst die PID der Shell erfragen, z.B. über `echo $$`. Wenn Sie nun den Befehl `pstree -n -p pid-von-oben` eingeben, wird nur die Prozesshierarchie ausgehend von der Bash Shell angezeigt: `-n` sortiert die Prozesse numerisch, `-p` zeigt für jeden Prozess die PID an. + +**Hinweis:** alle erzeugten Prozesse müssen arbeiten (d.h. nicht terminiert sein), damit die Darstellung gelingt. Wie wird das im gegebenen Programm erreicht? + + +___ + +### 3.4 Aufgabe 4: Zeitlicher Ablauf von Prozessen + +**Ziele** + +* Verstehen, wie Kind- und Elternprozesse zeitlich ablaufen. + +**Aufgaben** + +1. Studieren Sie Programm `ProcA4.c.` Starten Sie nun mehrmals hintereinander das Programm `ProcA4.e` und vergleichen Sie die jeweiligen Outputs (leiten Sie dazu auch die Ausgabe auf verschiedene Dateien um). Was schliessen Sie aus dem Resultat? + ``` + + + ``` +**Anmerkung:** Der Funktionsaufruf `selectCPU(0)` erzwingt die Ausführung des Eltern- und Kindprozesses auf CPU 0 (siehe Modul `setCPU.c`). Die Prozedur `justWork(HARD_WORK)` simuliert CPU-Load durch den Prozess (siehe Modul `workerUtils.c`). + +___ + +### 3.5 Aufgabe 5: Waisenkinder (Orphan Processes) + +**Ziele** +* Verstehen, was mit verwaisten Kindern geschieht. + +**Aufgaben** +1. Analysieren Sie Programm `ProcA5.c`: was läuft ab und welche Ausgabe erwarten Sie? + + ``` + + + ``` +2. Starten Sie `ProcA5.e`: der Elternprozess terminiert: was geschieht mit dem Kind? + + ``` + + + ``` +3. Was geschieht, wenn der Kindprozess vor dem Elternprozess terminiert? Ändern Sie dazu im `sleep()` Befehl die Zeit von 2 Sekunden auf 12 Sekunden und verfolgen Sie mit top das Verhalten der beiden Prozesse, speziell auch die Spalte S. + ``` + + + ``` +___ + +### 3.6 Aufgabe 6: Terminierte, halbtote Prozesse (Zombies) + +**Ziele** + +* Verstehen, was ein Zombie ist. +* Eine Möglichkeit kennenlernen, um Zombies zu verhindern. + +**Aufgaben** + +1. Analysieren Sie das Programm `ProcA6.c`. +2. Starten Sie das Script `mtop` bzw. `mtop aaaa.e`. Es stellt das Verhalten der Prozesse dynamisch dar. + + **Hinweis:** `` = Zombie. +3. Starten Sie `aaaa.e` und verfolgen Sie im `mtop`-Fenster was geschieht. Was beachten Sie? + ``` + + + ``` + +4. In gewissen Fällen will man nicht auf die Terminierung eines Kindes mit `wait()`, bzw. `waitpid()` warten. Überlegen Sie sich, wie Sie in diesem Fall verhindern können, dass ein Kind zum Zombie wird. + ``` + + + ``` + +___ + +### 3.7 Aufgabe 7: Auf Terminieren von Kindprozessen warten + +**Vorbemerkung:** Diese Aufgabe verwendet Funktionen welche erst in der Vorlesung über *Inter-Process-Communication (IPC)* im Detail behandelt werden. + +Sie können diese Aufgabe bis dann aufsparen oder die verwendeten Funktionen selber via `man` Pages im benötigten Umfang kennenlernen: `man 2 kill` und `man 7 signal`. + +**Ziele** +* Verstehen, wie Informationen zu Kindprozessen abgefragt werden können. +* Die Befehle `wait()` und `waitpid()` verwenden können. + +**Aufgaben** +1. Starten Sie das Programm `ProcA7.e` und analysieren Sie wie die Ausgabe im Hauptprogramm zustande kommt und was im Kindprozess `ChildProcA7.c` abläuft. + ``` + + + ``` +2. Starten Sie `ProcA7.e` und danach nochmals mit `1` als erstem Argument. Dieser Argument Wert bewirkt, dass im Kindprozess ein ”Segmentation Error” erzeugt wird, also eine Speicherzugriffsverletzung. Welches Signal wird durch die Zugriffsverletzung an das Kind geschickt? Diese Information finden Sie im Manual mit `man 7 signal`. Schalten Sie nun core dump ein (siehe README) und starten Sie `ProcA7.e 1` erneut und analysieren Sie die Ausgabe. +``` + + +``` +**Hinweis:** ein core Dump ist ein Abbild des Speichers z.B. zum Zeitpunkt, wenn das Programm abstürzt (wie oben mit der Speicher Zugriff Verletzung). Der Dump wird im File **core** abgelegt und kann mit dem **gdb** (GNU-Debugger) gelesen werden (siehe `README`). Tippen Sie nach dem Starten des Command Line UI des `gdb where` gefolgt von list ein, damit sie den Ort des Absturzes sehen. Mit `quit` verlassen Sie **gdb** wieder. + +3. Wenn Sie `ProcA7.e 2` starten, sendet das Kind das Signal 30 an sich selbst. Was geschieht? + ``` + + + ``` +4. Wenn Sie `ProcA7.e 3` starten, sendet ProcA7.e das Signal SIGABRT (abort) an das Kind: was geschieht in diesem Fall? + ``` + + + ``` +5. Mit `ProcA7.e 4` wird das Kind gestartet und terminiert nach 5 Sekunden. Analysieren Sie wie in ProcA7.e der Lauf- bzw. Exit-Zustand des Kindes abgefragt wird (siehe dazu auch `man 3 exit`). + ``` + + + ``` +___ + +### 3.8 Aufgabe 8: Kindprozess als Kopie des Elternprozesses + +**Ziele** +* Verstehen, wie Prozessräume vererbt werden. +* Unterschiede zwischen dem Prozessraum von Eltern und Kindern erfahren. + +**Aufgaben** +1. Analysieren Sie Programm `ProcA8_1.c`: was gibt das Programm aus? + * Starten Sie `ProcA8_1.e `und überprüfen Sie Ihre Überlegungen. + * Waren Ihre Überlegungen richtig? Falls nicht, was könnten Sie falsch überlegt haben? + ``` + + + ``` +2. Analysieren Sie Programm `ProcA8_2.c`: was gibt das Programm aus? + * Starten Sie `ProcA8_2.e` und überprüfen Sie Ihre Überlegungen. + * Waren Ihre Überlegungen richtig? Falls nicht, was könnten Sie falsch gemacht haben? + * Kind und Eltern werden in verschiedener Reihenfolge ausgeführt: ist ein Unterschied ausser der Reihenfolge festzustellen? + ``` + + + ``` +3. Analysieren Sie Programm `ProcA8_3.c` und Überlegen Sie, was in die Datei `AnyOutPut.txt` geschrieben wird, wer schreibt alles in diese Datei (sie wird ja vor `fork()` geöffnet) und wieso ist das so? + * Starten Sie `ProcA8_3.e` und überprüfen Sie Ihre Überlegungen. + * Waren Ihre Überlegungen richtig? Falls nicht, wieso nicht? + ``` + + + ``` + +___ + +### 3.9 Aufgabe 9: Unterschied von Threads gegenüber Prozessen + +**Ziele** +* Den Unterschied zwischen Thread und Prozess kennenlernen. +* Problemstellungen um Threads kennenlernen. +* Die `pthread`-Implementation kennen lernen. + +**Aufgaben** +1. Studieren Sie Programm `ProcA9.c` und überlegen Sie, wie die Programmausgabe aussieht. Vergleichen Sie Ihre Überlegungen mit denjenigen aus Aufgabe 8.2 b) (`Pro-cA8_2.e`). + * Starten Sie `ProcA9.e` und vergleichen das Resultat mit Ihren Überlegungen. + * Was ist anders als bei `ProcA8_2.e`? +``` + + +``` + + +2. Setzen Sie in der Thread-Routine vor dem Befehl `pthread_exit()` eine unendliche Schleife ein, z.B. `while(1) { }`; . + * Starten Sie das Programm und beobachten Sie das Verhalten mit `top`. Was beobachten Sie und was schliessen Sie daraus? + + **Hinweis:** wenn Sie in `top` den Buchstaben H eingeben, werden die Threads einzeln dargestellt. + * Kommentieren Sie im Hauptprogram die beiden `pthread_join()` Aufrufe aus und starten Sie das Programm. Was geschieht? Erklären Sie das Verhalten. + +``` + + +``` + + +___ + +### 3.10 Aufgabe 10 (optional): + +#### 3.10.1 Übersicht +Dieser Teil des Praktikums behandelt spezielle Prozesse: die Dämon Prozesse («daemon pro-cesses»). Es ist gedacht als Zusatz zum Basis Praktikum über Prozesse und Threads. + +Auch dieser Teil ist ein «Analyse»- und «Experimentier»-Praktikum. +___ + +##### 3.10.1.1 Nachweis +Dieses Praktikum ist eine leicht abgewandelte Variante des ProcThreads Praktikum des Moduls BSY, angepasst an die Verhältnisse des SNP Moduls. Die Beispiele und Beschreibungen wurden, wo möglich, eins-zu-ein übernommen. + +Als Autoren des BSY Praktikums sind genannt: M. Thaler, J. Zeman. + + +___ + +#### 3.10.2 Lernziele +In diesem Praktikum werden Sie sich mit Dämon Prozessen beschäftigen. +* Sie können die Problemstellung der Dämon Prozesse erklären +* Sie können einen Dämon Prozess kreieren +* Sie können aus dem Dämon Prozess mit der Umgebung kommunizieren +* +___ + +#### 3.10.3 Aufgabe: Dämon Prozesse + +**Ziele** +* Problemstellungen um Daemons kennenlernen: + * wie wird ein Prozess zum Daemon? + * wie erreicht man, dass nur ein Daemon vom gleichen Typ aktiv ist? + * wie teilt sich ein Daemon seiner Umwelt mit? + * wo "lebt" ein Daemon? + +**Einleitung** + +Für diese Aufgabe haben wir einen Daemon implementiert: **MrTimeDaemon** gibt auf Anfrage die Systemzeit Ihres Rechners bekannt. Abfragen können Sie diese Zeit mit dem Programm `WhatsTheTimeMr localhost`. Die Kommunikation zwischen den beiden Prozessen haben wir mit TCP/IP Sockets implementiert. Weitere Infos zum Daemon finden Sie nach den Aufgaben. + +Im Abschnitt 4 finden Sie Zusatzinformationen über diese Implementation eines Dämon Prozesses plus weiterführende Informationen. + +**Aufgaben** + +1. Für die folgende Aufgabe benötigen Sie mindestens zwei Fenster (Kommandozeilen-Konsolen). Übersetzen Sie die Programme mit `make` und starten Sie das Programm **PlapperMaul** in einem der Fenster. Das Programm schreibt (ca.) alle 0.5 Sekunden *Hallo, ich bins.... Pidi* plus seine Prozess-ID auf den Bildschirm. Mit dem Shell Befehl `ps` können Sie Ihre aktiven Prozesse auflisten, auch **PlapperMaul**. Überlegen Sie sich zuerst, was mit **PlapperMaul** geschieht, wenn Sie das Fenster schliessen: läuft **PlapperMaul** weiter? Was geschieht mit **PlapperMaul** wenn Sie sich ausloggen und wieder einloggen? Testen Sie Ihre Überlegungen, in dem Sie die entsprechenden Aktionen durchführen. Stimmen Ihre Überlegungen? + ``` + + + ``` + +2. Starten Sie nun das Programm bzw. den Daemon **MrTimeDaemon**. Stellen Sie die gleichen Überlegungen an wie mit **PlapperMaul** und testen Sie wiederum, ob Ihre Überlegungen stimmen. Ob **MrTimeDaemon** noch läuft können Sie feststellen, indem Sie die Zeit abfragen oder den Befehl `ps ajx | grep MrTimeDaemon` eingeben: was fällt Ihnen am Output auf? Was schliessen Sie aus Ihren Beobachtungen? + ``` + + + ``` + +3. Starten Sie **MrTimeDaemon** erneut, was geschieht? + ``` + + + ``` + +4. Stoppen Sie nun **MrTimeDaemon** mit `killall MrTimeDaemon`. +5. Starten Sie **MrTimeDaemon** und fragen Sie mit `WhatsTheTimeMr localhost` oder mit `WhatsTheTimeMr 127.0.0.1` die aktuelle Zeit auf Ihrem Rechner ab. + + + **Optional:** + Fragen Sie die Zeit bei einem Ihrer Kollegen ab. Dazu muss beim Server (dort wo **MrTimeDaemon** läuft) ev. die Firewall angepasst werden. Folgende Befehle müssen dazu mit **root-Privilegien** ausgeführt werden: + + ```bash + iptables-save > myTables.txt # sichert die aktuelle Firewall + iptables -I INPUT 1 -p tcp --dport 65534 -j ACCEPT + iptables -I OUTPUT 2 -p tcp --sport 65534 -j ACCEPT + ``` + + Nun sollten Sie über die IP-Nummer oder über den Rechner-Namen auf den **TimeServer** mit `WhatsTheTimeMr` zugreifen können. + Die Firewall können Sie mit folgendem Befehl wiederherstellen: + ```bash + iptables-restore myTables.txt + ``` + +6. Studieren Sie `MrTimeDaemon.c`, `Daemonizer.c` und `TimeDaemon.c` und analysieren Sie, wie die Daemonisierung abläuft. Entfernen Sie die Kommentare im Macro `Out-PutPIDs` am Anfang des Moduls `Daemonizer.c`. Übersetzen Sie die Programme mit make und starten Sie `MrTimeDaemon` erneut. Analysieren Sie die Ausgabe, was fällt Ihnen auf? Notieren Sie alle für die vollständige Daemonisierung notwendigen Schritte. + ``` + + + ``` + +7. Setzen Sie beim Aufruf von `Daemonizer()` in `MrTimeDaemon.c` anstelle von `lock-FilePath` den Null-Zeiger `NULL` ein. Damit wird keine lock-Datei erzeugt. Übersetzen Sie die Programme und starten Sie erneut `MrTimedaemon`. Was geschieht bzw. wie können Sie feststellen, was geschehen ist? + + **Hinweis:** lesen Sie das log-File: `/tmp/timeDaemon.log.` + ``` + + + ``` + + Wenn Sie noch Zeit und Lust haben: messen Sie die Zeit, zwischen Start der Zeitanfrage und Eintreffen der Antwort. Dazu müssen Sie die Datei `WhatsTheTimeMr.c` entsprechend anpassen. + +___ + +#### 3.10.4 Zusatzinformationen +___ + +##### 3.10.4.1 Diese Implementation + +Dieser Daemon besteht aus den 3 Komponenten. + +**Hauptprogramm: MrTimeDaemon.c** + +Hier werden die Pfade für die lock-Datei, die log-Datei und der ”Aufenthaltsort” des Daemons gesetzt. Die lock-Datei wird benötigt um sicherzustellen, dass der Daemon nur einmal gestartet werden kann. In die lock-Datei schreibt der Daemon z.B. seine PID und sperrt sie dann für Schreiben. Wird der Daemon ein zweites Mal gestartet und will seine PID in diese Datei schreiben, erhält er eine Fehlermeldung und terminiert (es soll ja nur ein Daemon arbeiten). Terminiert der Daemon, wird die Datei automatisch freigegeben. Weil Daemonen sämtliche Kontakte mit ihrer Umwelt im Normalfall abbrechen und auch kein Kontrollterminal besitzen, ist es sinnvoll, zumindest die Ausgabe des Daemons in eine log-Datei umzuleiten. Dazu stehen einige Systemfunktionen für Logging zur Verfügung. Der Einfachheit halber haben wir hier eine normale Datei im Verzeichnis `/tmp` gewählt. + +> **Anmerkung:** die Wahl des Verzeichnisses `/tmp` für die lock- und log-Datei ist für den normalen Betrieb problematisch, weil der Inhalt dieses Verzeichnisses jederzeit gelöscht werden kann, bzw. darf. Wir haben dieses Verzeichnis gewählt, weil wir die beiden Dateien nur für die kurze Zeit des Praktikums benötigen. + +Der Daemon erbt sein Arbeitsverzeichnis vom Elternprozesse, er sollte deshalb in ein festes Verzeichnis des Systems wechseln, um zu verhindern, dass er sich in einem montierten (gemounteten) Verzeichnis aufhält, das dann beim Herunterfahren nicht demontiert werden könnte (wir haben hier wiederum `/tmp` gewählt). + +**Daemonizer: Daemonizer.c** + +Der Daemonizer macht aus dem aktuellen Prozess einen Daemon. Z.B. sollte er Signale (eine Art Softwareinterrupts) ignorieren: wenn Sie die CTRL-C Taste während dem Ausführen eines Vordergrundprozess drücken, erhält dieser vom Betriebssystem das Signal SIGINT und bricht seine Ausführung ab. Weiter sollte er die Dateierzeugungsmaske auf 0 setzen (Dateizugriffsrechte), damit kann er beim Öffnen von Dateien beliebige Zugriffsrechte verlangen (die Dateierzeugungsmaske erbt er vom Elternprozess). Am Schluss startet der Daemonizer das eigentliche Daemonprogramm: TimeDaemon.e. + +**Daemonprogramm: TimeDaemon.c** + +Das Daemonprogramm wartet in einer unendlichen Schleife auf Anfragen zur Zeit und schickt die Antwort an den Absender zurück. Die Datenkommunikation ist, wie schon erwähnt, mit Sockets implementiert, auf die wir aber im Rahmen dieses Praktikums nicht weiter eingehen wollen (wir stellen lediglich Hilfsfunktionen zur Verfügung). +___ + +##### 3.10.4.2 Zusatzinformation zu Dämon Prozessen + +Dämonen oder englisch Daemons sind eine spezielle Art von Prozessen, die vollständig unabhängig arbeiten, d.h. ohne direkte Interaktion mit dem Anwender. Dämonen sind Hintergrundprozesse und terminieren i.A. nur, wenn das System heruntergefahren wird oder abstürzt. Dämonen erledigen meist Aufgaben, die periodisch ausgeführt werden müssen, z.B. Überwachung von Systemkomponenten, abfragen, ob neue Mails angekommen sind, etc. + +Ein typisches Beispiel unter Unix ist der Printer Daemon `lpd`, der periodisch nachschaut, ob ein Anwender eine Datei zum Ausdrucken hinterlegt hat. Wenn ja, schickt er die Datei auf den Drucker. + +Hier wird eine weitere Eigenschaft von Daemons ersichtlich: meist kann nur ein Dämon pro Aufgabe aktiv sein: stellen Sie sich vor, was passiert, wenn zwei Druckerdämonen gleichzeitig arbeiten. Andererseits muss aber auch dafür gesorgt werden, dass ein Dämon wieder gestartet wird, falls er stirbt. + +___ + + + +___ + +## 4. Bewertung + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. + +| Aufgabe | Kriterium | Punkte | +| :-- | :-- | :-- | +| | Sie können die gestellten Fragen erklären. | | +| 1 | Prozess mit `fork()` erzeugen | 0.5 | +| 2 | Prozess mit `fork()` und `exec()`: Programm Image ersetzen | 0.5 | +| 3 | Prozesshierarchie analysieren | 0.5 | +| 4 | Zeitlicher Ablauf von Prozessen | 0.5 | +| 5 | Waisenkinder (Orphan Processes) | 0.5 | +| 6 | Terminierte, halbtote Prozesse (Zombies) | 0.5 | +| 7 | Auf Terminieren von Kindprozessen warten | 0.5 | +| 8 | Kindprozess als Kopie des Elternprozesses | 0.5 | +| 9 | Unterschied von Threads gegenüber Prozessen | 0.5 | +| 10 | Dämon Prozesse | (4) | + + +___ +Version: 11.01.2022 diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/README_P02.md b/P07_Prozesse_und_Threads/README_P02.md new file mode 100644 index 0000000..13599b8 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/README_P02.md @@ -0,0 +1,149 @@ +# 09/02 - Dämon Prozesse + +___ + +![](./daemon.png) + +___ + +## 1. Übersicht +Dieser Teil des Praktikums behandelt spezielle Prozesse: die Dämon Prozesse («daemon pro-cesses»). Es ist gedacht als Zusatz zum Basis Praktikum über Prozesse und Threads. + +Auch dieser Teil ist ein «Analyse»- und «Experimentier»-Praktikum. + + +___ + +### 1.1 Nachweis +Dieses Praktikum ist eine leicht abgewandelte Variante des ProcThreads Praktikum des Moduls BSY, angepasst an die Verhältnisse des SNP Moduls. Die Beispiele und Beschreibungen wurden, wo möglich, eins-zu-ein übernommen. + +Als Autoren des BSY Praktikums sind genannt: M. Thaler, J. Zeman. + +___ + +## 2. Lernziele +In diesem Praktikum werden Sie sich mit Dämon Prozessen beschäftigen. +* Sie können die Problemstellung der Dämon Prozesse erklären +* Sie können einen Dämon Prozess kreieren +* Sie können aus dem Dämon Prozess mit der Umgebung kommunizieren +* +___ + +## 3. Aufgabe: Dämon Prozesse + +**Ziele** +* Problemstellungen um Daemons kennenlernen: + * wie wird ein Prozess zum Daemon? + * wie erreicht man, dass nur ein Daemon vom gleichen Typ aktiv ist? + * wie teilt sich ein Daemon seiner Umwelt mit? + * wo "lebt" ein Daemon? + +**Einleitung** + +Für diese Aufgabe haben wir einen Daemon implementiert: **MrTimeDaemon** gibt auf Anfrage die Systemzeit Ihres Rechners bekannt. Abfragen können Sie diese Zeit mit dem Programm `WhatsTheTimeMr localhost`. Die Kommunikation zwischen den beiden Prozessen haben wir mit TCP/IP Sockets implementiert. Weitere Infos zum Daemon finden Sie nach den Aufgaben. + +Im Abschnitt 4 finden Sie Zusatzinformationen über diese Implementation eines Dämon Prozesses plus weiterführende Informationen. + +**Aufgaben** + +1. Für die folgende Aufgabe benötigen Sie mindestens zwei Fenster (Kommandozeilen-Konsolen). Übersetzen Sie die Programme mit `make` und starten Sie das Programm **PlapperMaul** in einem der Fenster. Das Programm schreibt (ca.) alle 0.5 Sekunden *Hallo, ich bins.... Pidi* plus seine Prozess-ID auf den Bildschirm. Mit dem Shell Befehl `ps` können Sie Ihre aktiven Prozesse auflisten, auch **PlapperMaul**. Überlegen Sie sich zuerst, was mit **PlapperMaul** geschieht, wenn Sie das Fenster schliessen: läuft **PlapperMaul** weiter? Was geschieht mit **PlapperMaul** wenn Sie sich ausloggen und wieder einloggen? Testen Sie Ihre Überlegungen, in dem Sie die entsprechenden Aktionen durchführen. Stimmen Ihre Überlegungen? +``` + + +``` + +2. Starten Sie nun das Programm bzw. den Daemon **MrTimeDaemon**. Stellen Sie die gleichen Überlegungen an wie mit **PlapperMaul** und testen Sie wiederum, ob Ihre Überlegungen stimmen. Ob **MrTimeDaemon** noch läuft können Sie feststellen, indem Sie die Zeit abfragen oder den Befehl `ps ajx | grep MrTimeDaemon` eingeben: was fällt Ihnen am Output auf? Was schliessen Sie aus Ihren Beobachtungen? +``` + + +``` + +3. Starten Sie **MrTimeDaemon** erneut, was geschieht? +``` + + +``` + +4. Stoppen Sie nun **MrTimeDaemon** mit `killall MrTimeDaemon`. +5. Starten Sie **MrTimeDaemon** und fragen Sie mit `WhatsTheTimeMr localhost` oder mit `WhatsTheTimeMr 127.0.0.1` die aktuelle Zeit auf Ihrem Rechner ab. + + +**Optional:** +Fragen Sie die Zeit bei einem Ihrer Kollegen ab. Dazu muss beim Server (dort wo **MrTimeDaemon** läuft) ev. die Firewall angepasst werden. Folgende Befehle müssen dazu mit **root-Privilegien** ausgeführt werden: + +```bash +iptables-save > myTables.txt # sichert die aktuelle Firewall +iptables -I INPUT 1 -p tcp --dport 65534 -j ACCEPT +iptables -I OUTPUT 2 -p tcp --sport 65534 -j ACCEPT +``` + +Nun sollten Sie über die IP-Nummer oder über den Rechner-Namen auf den **TimeServer** mit `WhatsTheTimeMr` zugreifen können. +Die Firewall können Sie mit folgendem Befehl wiederherstellen: +```bash +iptables-restore myTables.txt +``` + +6. Studieren Sie `MrTimeDaemon.c`, `Daemonizer.c` und `TimeDaemon.c` und analysieren Sie, wie die Daemonisierung abläuft. Entfernen Sie die Kommentare im Macro `Out-PutPIDs` am Anfang des Moduls `Daemonizer.c`. Übersetzen Sie die Programme mit make und starten Sie `MrTimeDaemon` erneut. Analysieren Sie die Ausgabe, was fällt Ihnen auf? Notieren Sie alle für die vollständige Daemonisierung notwendigen Schritte. +``` + + +``` + +7. Setzen Sie beim Aufruf von `Daemonizer()` in `MrTimeDaemon.c` anstelle von `lock-FilePath` den Null-Zeiger `NULL` ein. Damit wird keine lock-Datei erzeugt. Übersetzen Sie die Programme und starten Sie erneut `MrTimedaemon`. Was geschieht bzw. wie können Sie feststellen, was geschehen ist? + + **Hinweis:** lesen Sie das log-File: `/tmp/timeDaemon.log.` +``` + + +``` + +Wenn Sie noch Zeit und Lust haben: messen Sie die Zeit, zwischen Start der Zeitanfrage und Eintreffen der Antwort. Dazu müssen Sie die Datei `WhatsTheTimeMr.c` entsprechend anpassen. + +___ + +## 4. Zusatzinformationen +___ + +### 4.1 Diese Implementation + +Dieser Daemon besteht aus den 3 Komponenten. + +**Hauptprogramm: MrTimeDaemon.c** + +Hier werden die Pfade für die lock-Datei, die log-Datei und der ”Aufenthaltsort” des Daemons gesetzt. Die lock-Datei wird benötigt um sicherzustellen, dass der Daemon nur einmal gestartet werden kann. In die lock-Datei schreibt der Daemon z.B. seine PID und sperrt sie dann für Schreiben. Wird der Daemon ein zweites Mal gestartet und will seine PID in diese Datei schreiben, erhält er eine Fehlermeldung und terminiert (es soll ja nur ein Daemon arbeiten). Terminiert der Daemon, wird die Datei automatisch freigegeben. Weil Daemonen sämtliche Kontakte mit ihrer Umwelt im Normalfall abbrechen und auch kein Kontrollterminal besitzen, ist es sinnvoll, zumindest die Ausgabe des Daemons in eine log-Datei umzuleiten. Dazu stehen einige Systemfunktionen für Logging zur Verfügung. Der Einfachheit halber haben wir hier eine normale Datei im Verzeichnis `/tmp` gewählt. + +> **Anmerkung:** die Wahl des Verzeichnisses `/tmp` für die lock- und log-Datei ist für den normalen Betrieb problematisch, weil der Inhalt dieses Verzeichnisses jederzeit gelöscht werden kann, bzw. darf. Wir haben dieses Verzeichnis gewählt, weil wir die beiden Dateien nur für die kurze Zeit des Praktikums benötigen. + +Der Daemon erbt sein Arbeitsverzeichnis vom Elternprozesse, er sollte deshalb in ein festes Verzeichnis des Systems wechseln, um zu verhindern, dass er sich in einem montierten (gemounteten) Verzeichnis aufhält, das dann beim Herunterfahren nicht demontiert werden könnte (wir haben hier wiederum `/tmp` gewählt). + +**Daemonizer: Daemonizer.c** + +Der Daemonizer macht aus dem aktuellen Prozess einen Daemon. Z.B. sollte er Signale (eine Art Softwareinterrupts) ignorieren: wenn Sie die CTRL-C Taste während dem Ausführen eines Vordergrundprozess drücken, erhält dieser vom Betriebssystem das Signal SIGINT und bricht seine Ausführung ab. Weiter sollte er die Dateierzeugungsmaske auf 0 setzen (Dateizugriffsrechte), damit kann er beim Öffnen von Dateien beliebige Zugriffsrechte verlangen (die Dateierzeugungsmaske erbt er vom Elternprozess). Am Schluss startet der Daemonizer das eigentliche Daemonprogramm: TimeDaemon.e. + +**Daemonprogramm: TimeDaemon.c** + +Das Daemonprogramm wartet in einer unendlichen Schleife auf Anfragen zur Zeit und schickt die Antwort an den Absender zurück. Die Datenkommunikation ist, wie schon erwähnt, mit Sockets implementiert, auf die wir aber im Rahmen dieses Praktikums nicht weiter eingehen wollen (wir stellen lediglich Hilfsfunktionen zur Verfügung). +___ + +### 4.2 Zusatzinformation zu Dämon Prozessen + +Dämonen oder englisch Daemons sind eine spezielle Art von Prozessen, die vollständig unabhängig arbeiten, d.h. ohne direkte Interaktion mit dem Anwender. Dämonen sind Hintergrundprozesse und terminieren i.A. nur, wenn das System heruntergefahren wird oder abstürzt. Dämonen erledigen meist Aufgaben, die periodisch ausgeführt werden müssen, z.B. Überwachung von Systemkomponenten, abfragen, ob neue Mails angekommen sind, etc. + +Ein typisches Beispiel unter Unix ist der Printer Daemon `lpd`, der periodisch nachschaut, ob ein Anwender eine Datei zum Ausdrucken hinterlegt hat. Wenn ja, schickt er die Datei auf den Drucker. + +Hier wird eine weitere Eigenschaft von Daemons ersichtlich: meist kann nur ein Dämon pro Aufgabe aktiv sein: stellen Sie sich vor, was passiert, wenn zwei Druckerdämonen gleichzeitig arbeiten. Andererseits muss aber auch dafür gesorgt werden, dass ein Dämon wieder gestartet wird, falls er stirbt. + +___ + +## 5. Bewertung + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. + +| Aufgabe | Kriterium | Punkte | +| :-- | :-- | :-- | +| | Sie können die gestellten Fragen erklären. | | +| 1 | Dämon Prozesse | 4 | + + +___ +Version: 11.01.2022 \ No newline at end of file diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/daemon.png b/P07_Prozesse_und_Threads/daemon.png new file mode 100644 index 0000000..2dd1ae3 Binary files /dev/null and b/P07_Prozesse_und_Threads/daemon.png differ diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/daemon.svg b/P07_Prozesse_und_Threads/daemon.svg new file mode 100644 index 0000000..f942a51 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/daemon.svg @@ -0,0 +1 @@ + \ No newline at end of file diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/ein_mann_orchester.png b/P07_Prozesse_und_Threads/ein_mann_orchester.png new file mode 100644 index 0000000..099e0eb Binary files /dev/null and b/P07_Prozesse_und_Threads/ein_mann_orchester.png differ diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/ein_mann_orchester.svg b/P07_Prozesse_und_Threads/ein_mann_orchester.svg new file mode 100644 index 0000000..8276a72 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/ein_mann_orchester.svg @@ -0,0 +1 @@ + \ No newline at end of file diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/Daemonizer.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/Daemonizer.c new file mode 100644 index 0000000..5209c01 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/Daemonizer.c @@ -0,0 +1,178 @@ +/****************************************************************************** +* File: Daemonizer.c +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: Einen Daemon-Prozess erzeugen +******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//***************************************************************************** + +// Macro to write out all the PIDs... + +#define OutPutPIDs() /*printf("\nPID %d, PPID %d, GRP-ID %d\n", \ + getpid(), getppid(), getpgrp())*/ + + +//***************************************************************************** +// Function: Locks file with file descriptor fd +// Returns: 0 on success, -1 of file is already locked +// Exits: on fatal errors +//***************************************************************************** + +int lock(int fd) { + int retval, len; + struct flock lock; // data structure for file lock + char buffer[16]; + + // prepare lockfile + + lock.l_type = F_WRLCK; + lock.l_start = 0; + lock.l_whence = SEEK_SET; + lock.l_len = 0; + + retval = fcntl(fd, F_SETLK, &lock); // set file lock + if (retval < 0) { + if ((errno == EACCES) || (errno == EAGAIN)) { + return(-1); // Daemon already runs + } + else { + perror("fatal error when locking file"); + exit(-1); + } + } + + // empty the lockfile + + retval = ftruncate(fd, 0); + if (retval < 0) { + perror("fatal error when emptying lockfile"); + exit(-1); + } + + // write process ID to lockfile + + sprintf(buffer, "%d\n", getpid()); + len = strlen(buffer); + retval = write(fd, buffer, len) < len; + if (retval < 0) { + perror("fatal error when writing pid to lockfile"); + exit(-1); + } + + // set lockfile to close on exec + + retval = fcntl(fd, F_GETFD, 0); + if (retval < 0) { + perror("fatal error when reading lockfile flags"); + exit(-1); + } + retval = retval | FD_CLOEXEC; + retval = fcntl(fd, F_SETFD, retval); + if (retval < 0) { + perror("fatal error when setting lockfile flags"); + exit(-1); + } + return(0); +} + +//***************************************************************************** +// Function: Makes a deamon process and runs a daemon function +// Parameter: Daemon function +// data pointer to data to be passed to Daemonfunction +// LogFile, path of logfile, if NULL, no logfile is created +// LivDir, path, where daemon will live +// Returns: should not return +// Exits: if daemon is already runnung or on fatal errors +//***************************************************************************** + +int Daemonizer(void Daemon(void *), void *data, + const char *LockFile, const char *LogFile, const char *LivDir) { + + pid_t PID; + int fd, dummyfd, retval; + + // create a prozess and terminate parents -> parent is init + + OutPutPIDs(); + + PID = fork(); + if (PID < 0) { + perror("could not fork()"); + exit(-1); + } + else if (PID > 0) { + exit(0); // I have done my work an can exit + } + + // ---------------------------------------------------------------------- + // now I am a process detached from the parent + // an make the process -> a daemon process + + signal(SIGINT, SIG_IGN); // ignore CTRL-C + signal(SIGQUIT, SIG_IGN); // ignore quit + signal(SIGHUP, SIG_IGN); // ignore hangup of terminal + + OutPutPIDs(); + + setsid(); // make process session leader + // and processgroup leader + // no control terminal with pocess + OutPutPIDs(); + + chdir(LivDir); // change to secure directory + umask(0); // allow all access rights for files + + // set up lockfile, if required + + if (LockFile != NULL) { + fd = open(LockFile, O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | + S_IRGRP | S_IROTH); + if (fd < 0) { + perror("fatal error when opening lockfile"); + exit(-1); + } + retval = lock(fd); + if (retval < 0) { + printf("\n*** daemon is already running ***\n"); + exit(0); + } + } + + // last message from daemon + + printf("\n*** daemon starts with process id: %d ***\n",getpid()); + + // close "communication" to outer world and set up logging, if required + + close(1); // close stdout + close(2); // close stderr + if (LogFile != NULL) { // open log file on stdout + enum {UserWrite=0644}; + dummyfd = open(LogFile, O_CREAT | O_APPEND | O_WRONLY,UserWrite); + if (dummyfd < 0) { + perror("could not open log file"); + exit(-1); + } + dup(1); // connect stderr to logfile + } + close(0); // now close stdin + + // now start the daemon funktion + Daemon(data); + + // should not come here + + return(0); +} + +//***************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/Daemonizer.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/Daemonizer.h new file mode 100644 index 0000000..3f03fab --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/Daemonizer.h @@ -0,0 +1,15 @@ +/********************************************************************* +* File: Daemonizer.h +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: einen Daemon-Prozess erzeugen +*********************************************************************/ + +#ifndef DAEMONIZER_H +#define DAEMONIZER_H + +int Daemonizer(void Daemon(void *), void *data, + const char *LockFile, const char *LogFile, const char *LivDir); + +#endif + +//------------------------------------------------------------------------ diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/IPsockCom.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/IPsockCom.c new file mode 100644 index 0000000..af35c9f --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/IPsockCom.c @@ -0,0 +1,188 @@ +//***************************************************************************** +// ipCom.c IP Socket Functions +// Original Author: M. Thaler, M. Pellaton (Modul BSY) +//***************************************************************************** + +//***************************************************************************** +// system includes +//***************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include +#include + +#include +#include + +//***************************************************************************** +// local definitions +//***************************************************************************** + +#include "IPsockCom.h" + +//***************************************************************************** +// Function: send data buffer to host "host" with port "port" +// Parameter: hostname or IP address in dot format +// port number +// buffer +// size of buffer +// Returns: number of characters read on success, -1 if connection failed +// buffer: time data +// +//***************************************************************************** + +int getTimeFromServer(char *host, int port, char *buffer, int bufferLen) { + + int sfd, sysRet, timeOut, retval; + char stringPort[8]; + struct addrinfo hints, *aiList, *aiPtr = NULL; + + if (strcmp(host, "") == 0) { + printf("Need hostname or IP address\n"); + return(-1); + } + + sprintf(stringPort, "%d", port); + + memset(&hints, '\0', sizeof(hints)); + //hints.ai_flags = AI_CANONNAME; + hints.ai_family = AF_UNSPEC; + hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; + + sysRet = getaddrinfo(host, stringPort, &hints, &aiList); + if (sysRet != 0) { + printf("error getting network address for %s (%s)\n", + host, gai_strerror(sysRet)); + exit(-1); + } + + aiPtr = aiList; // search through list + while (aiPtr != 0) { + sfd = socket(aiPtr->ai_family, aiPtr->ai_socktype, aiPtr->ai_protocol); + if (sfd >= 0) { + timeOut = 100; + sysRet = 1; + while ((timeOut != 0) && (sysRet != 0)) { + sysRet = connect(sfd, aiPtr->ai_addr, aiPtr->ai_addrlen); + usleep(1000); + timeOut--; + } + if (sysRet == 0) + break; // connect successful + else + close(sfd); + } + aiPtr = aiPtr->ai_next; + } + freeaddrinfo(aiList); + if (aiPtr == NULL) { + printf("could not connect to %s\n", host); + retval = -1; + } + else + retval = 0; + + if (retval == 0) { + if (write(sfd, buffer, bufferLen) < 0) { + printf("error sending request to timer serveer\n"); + retval = -1; + } + else + retval = read(sfd, buffer, COM_BUF_SIZE); + } + close(sfd); + return(retval); +} + +//***************************************************************************** +// Function: starts "time" socket server +// Parameter: port number to listen to +// Returns: socket file descriptor if ok, -1 if error +// Exits: +//***************************************************************************** + +int StartTimeServer(int portNumber) { + + int sfd, sysRet, j; + char stringPort[8]; + struct addrinfo hints, *aiList, *aiPtr = NULL; + + sprintf(stringPort, "%d", portNumber); // portnumber to string + memset(&hints, '\0', sizeof(hints)); + hints.ai_family = AF_UNSPEC; + hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; + hints.ai_protocol = 0; + hints.ai_flags = AI_PASSIVE; + + sysRet = getaddrinfo(NULL, stringPort, &hints, &aiList); + if (sysRet != 0) { + printf("error getting network address (%s)\n", gai_strerror(sysRet)); + exit(-1); + } + + aiPtr = aiList; // search through list + while (aiPtr != 0) { + sfd = socket(aiPtr->ai_family, aiPtr->ai_socktype, aiPtr->ai_protocol); + if (sfd >= 0) { + j = 1; + sysRet = setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &j, sizeof(j)); + if (sysRet < 0) + perror("cannot set socket options"); + + if (bind(sfd, aiPtr->ai_addr, aiPtr->ai_addrlen) < 0) { + perror("bind failed "); + close(sfd); + exit(-1); + } + if (listen(sfd, 5) < 0) { + close(sfd); + perror("listen failed "); + exit(-1); + } + else + break; + } + aiPtr = aiPtr->ai_next; + } + freeaddrinfo(aiList); + if (aiPtr == NULL) { + printf("could not set up a socket server\n"); + exit(-1); + } + return(sfd); +} + +//***************************************************************************** +// Function: Reads data from client +// Parameter: socket file descriptor +// buffer to place data +// Returns: current socket descriptor on success, < 0 on failure +// Exits: none +//***************************************************************************** + + +int WaitForClient(int sfd, char *buffer) { + + int cfd, retval, addrlen; + struct sockaddr_in addr; + + addrlen = sizeof(struct sockaddr_in); + cfd = accept(sfd,(struct sockaddr *)&addr,(socklen_t *)&addrlen); + if (cfd >= 0) { + retval = read(cfd, buffer, COM_BUF_SIZE); + retval = cfd; + } + else + retval = cfd; + return(retval); +} + +//***************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/IPsockCom.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/IPsockCom.h new file mode 100644 index 0000000..1fb8c83 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/IPsockCom.h @@ -0,0 +1,20 @@ +//***************************************************************************** +// ipCom.c IP Socket Functions +// Original Autor: M. Thaler, M. Pellaton (Modul BSY) +//***************************************************************************** + +#ifndef IP_COM_SOCKETS +#define IP_COM_SOCKETS + +#define COM_BUF_SIZE 512 + +#define PIDperror()\ + fprintf(stderr,"fatal error, daemon with PID %d: ",getpid()); + +int getTimeFromServer(char *host, int port, char *buffer, int bufferLen); +int StartTimeServer(int PortNumber); +int WaitForClient(int sfd, char *buffer); + +#endif + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/MrTimeDaemon.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/MrTimeDaemon.c new file mode 100644 index 0000000..f84926f --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/MrTimeDaemon.c @@ -0,0 +1,44 @@ +/********************************************************************* +* File: MrTimeDaemon.c +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: einen Daemon-Prozess erzeugen +*********************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include "Daemonizer.h" +#include "TimeDaemon.h" + +#define STRING_LENGTH 128 + +//-------------------------------------------------------------------- + +int main(void) { + pid_t pid; + int status; + const char *lockfilePath = "/tmp/timeDaemon.lock"; + //const char *lockfilePath = NULL; + const char *logfilePath = "/tmp/timeDaemon.log"; + const char *livingPath = "/tmp"; + const char *myName = "I am Mr. Time Daemon on \n"; + + + if ((pid = fork()) == 0) + Daemonizer(TimeDaemon, (void *)myName, + lockfilePath, logfilePath, livingPath); + else { + assert(pid > 0); + wait(&status); // wait for Daemonizer to exit + // after having forked the "Daemon" + if (WEXITSTATUS(status) != 0) + printf("*** Daemonizer failed ***\n"); + } + +} + +//-------------------------------------------------------------------- diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/PlapperMaul.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/PlapperMaul.c new file mode 100644 index 0000000..2a2db97 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/PlapperMaul.c @@ -0,0 +1,21 @@ +/********************************************************************* +* File: PlapperMaul.c +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: plappern +*********************************************************************/ + +#include +#include +#include + +//-------------------------------------------------------------------- + +int main(void) { + + while (1) { + printf("Hallo, ich bins.... Pidi %d\n", getpid()); + usleep(500000); + } +} + +//-------------------------------------------------------------------- diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemon.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemon.c new file mode 100644 index 0000000..fcbc568 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemon.c @@ -0,0 +1,75 @@ +/****************************************************************************** +* File: TimeDaemon.c +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: the daemon code +******************************************************************************/ + +//***************************************************************************** +// system includes +//***************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//***************************************************************************** +// local includes +//***************************************************************************** + +#include "TimeDaemon.h" +#include "TimeDaemonDefs.h" +#include "IPsockCom.h" + +//***************************************************************************** +// Function: TimeDeamon +// Parameter: data: expects here pointer to string +//***************************************************************************** + +void TimeDaemon(void *data) { + + TimeData tData; + char buffer[COM_BUF_SIZE]; + struct tm MyTime; + time_t ActualTime; + int sfd, cfd; + + + printf("%s\n", (char *)data); + + // start server + sfd = StartTimeServer(TIME_PORT); + if (sfd < 0) { + perror("could not start socket server"); + exit(-1); + } + while (1) { + + cfd = WaitForClient(sfd, buffer); + if ((strcmp(buffer, REQUEST_STRING) == 0) && (cfd >= 0)) { + + time(&ActualTime); + MyTime = *localtime(&ActualTime); + + tData.hours = MyTime.tm_hour; + tData.minutes = MyTime.tm_min; + tData.seconds = MyTime.tm_sec; + tData.day = MyTime.tm_mday; + tData.month = MyTime.tm_mon + 1; + tData.year = MyTime.tm_year + 1900; + gethostname(tData.servername, HOST_NAM_LEN); + write(cfd, (char *)(&tData), sizeof(tData)); + } + } + // if we should somehow come here (how ?) + close(sfd); + exit(0); +} + +//***************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemon.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemon.h new file mode 100644 index 0000000..ddc898a --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemon.h @@ -0,0 +1,14 @@ +/****************************************************************************** +* File: TimeDaemon.h +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: function prototype of time daemon +******************************************************************************/ + +#ifndef TIME_DAEMON +#define TIME_DAEMON + +void TimeDaemon(void *); + +#endif + +//***************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemonDefs.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemonDefs.h new file mode 100644 index 0000000..d29f19d --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/TimeDaemonDefs.h @@ -0,0 +1,30 @@ +/****************************************************************************** +* File: TimeDaemonDefs.h +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: Data Definitions for TimeDaemon +******************************************************************************/ + +#ifndef TIME_DAEMON_DEFS +#define TIME_DAEMON_DEFS + +#define HOST_NAM_LEN 32 + +#define TIME_PORT 65534 + +#define REQUEST_STRING "requestTimeFromServer" + +// data structure receiving from time daemon + +typedef struct { + int hours; + int minutes; + int seconds; + int day; + int month; + int year; + char servername[HOST_NAM_LEN]; +} TimeData, *TimeDataPtr; + +#endif + +//***************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/WhatsTheTimeMr.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/WhatsTheTimeMr.c new file mode 100644 index 0000000..5180382 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/WhatsTheTimeMr.c @@ -0,0 +1,66 @@ +/****************************************************************************** +* File: WhatsTheTimeMr.c +* Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +* Aufgabe: Ask MrTimeDaemon for the time +******************************************************************************/ + +//***************************************************************************** +// system includes +//***************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include // required by inet_aton + +//***************************************************************************** +// local includes +//***************************************************************************** + +#include "TimeDaemon.h" +#include "TimeDaemonDefs.h" +#include "IPsockCom.h" + +//***************************************************************************** +// Function: main() +// Parameter: hostname or IP address in dot format +//***************************************************************************** + +int main(int argc, char *argv[]) { + + char buffer[COM_BUF_SIZE]; + char hostname[64]; + TimeDataPtr tDataPtr; + int j; + + if (argc < 2) { + printf("*** no hostname or IP-address -> using localhost ***\n"); + strcpy(hostname, "localhost"); + } else { + strcpy(hostname, argv[1]); + } + + strcpy(buffer,REQUEST_STRING); + j = getTimeFromServer(hostname, TIME_PORT, buffer, sizeof(buffer)); + if (j < 0) + printf("no response from %s\n", argv[1]); + else { + tDataPtr = (TimeDataPtr)(buffer); + printf("\nIt's "); + printf("%02d:%02d:%02d", + tDataPtr->hours, tDataPtr->minutes,tDataPtr->seconds); + printf(" the %d.%d.%d on \"%s\"\n\n", + tDataPtr->day, tDataPtr->month, + tDataPtr->year, tDataPtr->servername); + } + exit(0); +} + +//***************************************************************************** + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/makefile new file mode 100644 index 0000000..32af073 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Daemon_Prozesse/makefile @@ -0,0 +1,35 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall -g -std=gnu99 +EXENAMES= MrTimeDaemon.e +EXENAMEC= WhatsTheTimeMr.e +EXENAMEP= PlapperMaul.e +LIBNAME= + +compile: $(EXENAMES) $(EXENAMEC) $(EXENAMEP) + +$(EXENAMES): MrTimeDaemon.o IPsockCom.o Daemonizer.o TimeDaemon.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) MrTimeDaemon.o IPsockCom.o Daemonizer.o TimeDaemon.o $(LIBNAME) -o $(EXENAMES) + +$(EXENAMEC): WhatsTheTimeMr.o IPsockCom.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) WhatsTheTimeMr.o IPsockCom.o $(LIBNAME) -o $(EXENAMEC) + +$(EXENAMEP): PlapperMaul.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) PlapperMaul.o $(LIBNAME) -o $(EXENAMEP) + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f $(EXENAMEC) $(EXENAMES) $(EXENAMEP) + rm -f *.o + +all: + @make clean + @make diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe01/ProcA1.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe01/ProcA1.c new file mode 100644 index 0000000..9b37481 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe01/ProcA1.c @@ -0,0 +1,53 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA1.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pid_t pid; + int status; + int i; + + i = 5; + + printf("\n\ni vor fork: %d\n\n", i); + + pid = fork(); + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + i++; + printf("\n... ich bin das Kind %d mit i=%d, ", getpid(),i); + printf("meine Eltern sind %d \n", getppid()); + break; + default: + i--; + printf("\n... wir sind die Eltern %d mit i=%d ", getpid(), i); + printf("und Kind %d,\n unsere Eltern sind %d\n", pid, getppid()); + wait(&status); + break; + } + printf("\n. . . . . und wer bin ich ?\n\n"); + exit(0); +} + +//*************************************************************************** + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe01/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe01/makefile new file mode 100644 index 0000000..fa951bf --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe01/makefile @@ -0,0 +1,26 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAM1= ProcA1.e +FNAM1= ProcA1 +LIBNAME= + +$(EXENAM1): $(FNAM1).o + $(CMP) $(FNAM1).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAM1) + +all: + @make clean + @make diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/ChildProcA2.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/ChildProcA2.c new file mode 100644 index 0000000..470bcde --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/ChildProcA2.c @@ -0,0 +1,38 @@ +//*************************************************************************** +// File: ChildProcA3.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: arg[0]: Programmname, arg[1]: i +//*************************************************************************** + +int main(int argc, char *argv[]) { + + int i; + + if (argv[1] == NULL) { + printf("argument missing\n"); + exit(-1); + } + else + i = atoi(argv[1]); // convert string argv[1] to integer i + // argv[1] is a number passed to child + + printf("\n... ich bin das Kind %d mit i=%d, ", getpid(),i); + printf("meine Eltern sind %d \n", getppid()); + exit(0); +} + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/ProcA2.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/ProcA2.c new file mode 100644 index 0000000..1120825 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/ProcA2.c @@ -0,0 +1,54 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA3.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pid_t pid; + int status; + int i, retval; + char str[8]; + + i = 5; + + printf("\n\ni vor fork: %d\n\n", i); + + pid = fork(); + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + i++; + sprintf(str, "%d",i); // convert integer i to string str + retval = execl("./ChildProcA2.e", "ChildProcA2.e", str, NULL); + if (retval < 0) perror("\nexecl not successful"); + break; + default: + i--; + printf("\n... wir sind die Eltern %d mit i=%d ", getpid(), i); + printf("und Kind %d,\n unsere Eltern sind %d\n", pid, getppid()); + wait(&status); + break; + } + printf("\n. . . . . und wer bin ich ?\n\n"); + exit(0); +} + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/makefile new file mode 100644 index 0000000..4d23435 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe02/makefile @@ -0,0 +1,34 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAME= ProcA2.e +FNAME= ProcA2 +EXENAMC= ChildProcA2.e +FNAMC= ChildProcA2 +LIBNAME= +LIBNAME= + +compile: $(EXENAME) $(EXENAMC) + +$(EXENAME): $(FNAME).o + $(CMP) $(FNAME).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +$(EXENAMC): $(FNAMC).o + $(CMP) $(FNAMC).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAME) $(EXENAMC) + +all: + @make clean + @make diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe03/ProcA3.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe03/ProcA3.c new file mode 100644 index 0000000..3c29605 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe03/ProcA3.c @@ -0,0 +1,31 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA4.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + fork(); + fork(); + fork(); + fork(); + printf("PID: %d\t PPID: %d\n", getpid(), getppid()); + sleep(10); // keep processes in system to display their "stammbaum" + exit(0); +} + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe03/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe03/makefile new file mode 100644 index 0000000..af2c854 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe03/makefile @@ -0,0 +1,27 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAMES= ProcA3.e +FNAME= ProcA3 +LIBNAME= + +$(EXENAMES): $(FNAME).o + $(CMP) $(FNAME).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAMES) + +all: + @make clean + @make + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/ProcA4.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/ProcA4.c new file mode 100644 index 0000000..0554662 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/ProcA4.c @@ -0,0 +1,61 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA5.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include "workerUtils.h" +#include "selectCPU.h" + +#define ITERATIONS 20 +#define WORK_HARD 2000000 + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pid_t pid; + int i; + + + pid = fork(); + selectCPU(0); // select CPU 0 + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + for (i = 0; i < ITERATIONS; i++) { + justWork(WORK_HARD); + printf("%d \t\tChild\n", i); + fflush(stdout); // force output + } + break; + default: + for (i = 0; i < ITERATIONS; i++) {; + justWork(WORK_HARD); + printf("%d \tMother\n", i); + fflush(stdout); // force output + } + } + printf("I go it ...\n"); + + if (pid > 0) // wait for child to terminate + waitpid(pid, NULL, 0); + + exit(0); +} +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/README_MAC b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/README_MAC new file mode 100644 index 0000000..84bd483 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/README_MAC @@ -0,0 +1,2 @@ + +setCPU() does not work on OSX diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/makefile new file mode 100644 index 0000000..8bc8dbd --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/makefile @@ -0,0 +1,27 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAM1= ProcA4.e +FNAM1= ProcA4.o workerUtils.o selectCPU.o +LIBNAME= + +$(EXENAM1): $(FNAM1) + $(CMP) $(FNAM1) $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAM1) + +all: + @make clean + @make + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/selectCPU.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/selectCPU.c new file mode 100644 index 0000000..8f5ddee --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/selectCPU.c @@ -0,0 +1,41 @@ +//*************************************************************************** +// File: setCPU.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +#define _GNU_SOURCE + +#include +#include +#include +#include + +#ifdef __linux +#include +#endif + +//****************************************************************************** + +#ifdef __linux + +void selectCPU(unsigned int n) { + cpu_set_t cpuset; + if (n >= sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN)) { + printf("CPU %d not availble\n", n); + exit(0); + } + sched_getaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &cpuset); + CPU_ZERO(&cpuset); + CPU_SET(n, &cpuset); + sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &cpuset); +} +#endif + +#ifdef __APPLE__ +void selectCPU(unsigned int n) { + printf("Cannot set single CPU on OSX\n ... continue anyway"); +} +#endif + +//****************************************************************************** + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/selectCPU.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/selectCPU.h new file mode 100644 index 0000000..87067b9 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/selectCPU.h @@ -0,0 +1,15 @@ +//******************************************************************* +// File: selectCPU.h +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//******************************************************************* + +#ifndef SET_CPUS_HEADER_FILE +#define SET_CPUS_HEADER_FILE + +//******************************************************************* + +void selectCPU(unsigned int n); + +//******************************************************************* + +#endif diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/workerUtils.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/workerUtils.c new file mode 100644 index 0000000..85368a0 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/workerUtils.c @@ -0,0 +1,90 @@ +//******************************************************************* +// File: workerUtils.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +// Purpose: helper applications to consume cpu time +//******************************************************************* + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include "workerUtils.h" + +//------------------------------------------------------------------------------ +#define MAX_CPUS 16 +//------------------------------------------------------------------------------ +pid_t worker[MAX_CPUS]; +int nCPUS; +//------------------------------------------------------------------------------ + +void launchWorkLoad() { + int i; + nCPUS = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN); // get number of available CPUs + nCPUS = (nCPUS > MAX_CPUS) ? MAX_CPUS : nCPUS; + for (i = 0; i < nCPUS; i++) // start workers -> random load + worker[i] = startWorker(); +} + +void stopWorkLoad() { + int i; + for (i = 0; i < nCPUS; i++) // stop worker + stopWorker(worker[i]); +} + + +void setRandom(void) { + srandom((unsigned int)time(NULL)); // new random sequence +} + +void justWork(unsigned int load) { + unsigned int j; + for (j = 0; j < load; j++) {}; // just work +} + +void workHard(unsigned int low, unsigned int high) { + double rv; + unsigned int us, j; + high = high - low; + rv = ((double)random())/RAND_MAX; // make random value (0..1) + us = low + (unsigned int)(rv * high); // between lower & higher limit + for (j = 0; j < us; j++) {}; // just work + setRandom(); // reseed random generator +} + +void randomSleep(unsigned int low, unsigned int high) { + double rv; + unsigned int us; + high = high - low; + rv = ((double)random())/RAND_MAX; // make random value (0..1) + us = low + (unsigned int)(rv * high); // between lower & higher limit + usleep(us*1000); +} + + +pid_t startWorker(void) { // make a hard working process + struct timeval tv; // limit run time to 60 secs + time_t st; + pid_t pid = fork(); + if (pid == 0) { // child: pid = 0 -> ifinite loop + gettimeofday(&tv, NULL); // take start time + st = tv.tv_sec; + while ((tv.tv_sec-st) < 60) { + workHard(50, 800); // work hard (random interval + gettimeofday(&tv, NULL); // between 50us and 800us) + } + + } + if (pid < 0) { // exit fork failed + printf("forking worker failed\n"); + exit(0); + } + return pid; // return pid if parent +} + +void stopWorker(pid_t worker) { + kill(worker, SIGKILL); // terminate worker process +} diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/workerUtils.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/workerUtils.h new file mode 100644 index 0000000..ac5226f --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe04/workerUtils.h @@ -0,0 +1,33 @@ +//******************************************************************* +// File: workerUtils.h +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +// Purpose: helper applications to consume cpu time +//******************************************************************* + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//------------------------------------------------------------------------------ +#define MAX_CPUS 16 +//------------------------------------------------------------------------------ + +void launchWorkLoad(); + +void stopWorkLoad(); + +void setRandom(void); + +void justWork(unsigned int load); + +void workHard(unsigned int low, unsigned int high); + +void randomSleep(unsigned int low, unsigned int high); + +pid_t startWorker(void); + +void stopWorker(pid_t worker); diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/ProcA5.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/ProcA5.c new file mode 100644 index 0000000..a73c979 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/ProcA5.c @@ -0,0 +1,51 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA6.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pid_t pid, id; + char buf[64]; + int i; + + pid = fork(); + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + printf("\n... ich bin das Kind %d\n", getpid()); + for (i = 0; i < 10; i++) { + usleep(500000); // slow down a bit + printf("Mein Elternprozess ist %d\n", id = getppid()); + } + printf("... so das wars\n"); + break; + default: + sleep(2); // terminate + exit(0); + break; + } + printf("\n\n*** and here my new parent ****\n\n"); + sprintf(buf, "ps -p %d", id); + system(buf); + exit(0); +} + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/README b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/README new file mode 100644 index 0000000..23988f6 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/README @@ -0,0 +1,3 @@ +Reparenting -> new parent instead init (1): + +command prctl(PR_SET_CHILD_SUBREAPER, 1) diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/makefile new file mode 100644 index 0000000..00e05fc --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe05/makefile @@ -0,0 +1,26 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAMES= ProcA5.e +FNAME= ProcA5 +LIBNAME= + +$(EXENAMES): $(FNAME).o + $(CMP) $(FNAME).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAMES) + +all: + @make clean + @make diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/ProcA6.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/ProcA6.c new file mode 100644 index 0000000..f5bb59f --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/ProcA6.c @@ -0,0 +1,48 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA7.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pid_t pid; + int j; + + for (j = 0; j < 3; j++) { // generate 3 processes + pid = fork(); + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + sleep(j+2); // process j sleeps for j+2 sec + exit(0); // then exits + break; + default: // parent + break; + } + } + sleep(8); // parent process sleeps for 6 sec + wait(NULL); // consult manual for "wait" + sleep(2); + wait(NULL); + sleep(2); + wait(NULL); + sleep(2); + exit(0); +} diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/makefile new file mode 100644 index 0000000..f802333 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/makefile @@ -0,0 +1,27 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAMES= aaaa.e +FNAME= ProcA6 +LIBNAME= + +$(EXENAMES): $(FNAME).o + $(CMP) $(FNAME).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAMES) + +all: + @make clean + @make + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/mtop b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/mtop new file mode 100644 index 0000000..04949bb --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe06/mtop @@ -0,0 +1,19 @@ +#!/bin/bash +# M. Thaler, InIT/ZHAW 11/2014 +# Version v.fs20 + +if test "$1" = "" +then + cmd="-a" +else + cmd="-C $1" +fi + +forever="1" +while test "$forever" = "1" +do + clear + ps $cmd + sleep 1 +done + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/ChildProcA7.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/ChildProcA7.c new file mode 100644 index 0000000..635d098 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/ChildProcA7.c @@ -0,0 +1,50 @@ +//*************************************************************************** +// File: ChildProcA8.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: arg[0]: Programmname, arg[1]: i +//*************************************************************************** + +int main(int argc, char *argv[]) { + + int i = 0, *a = NULL; + + if (argc > 1) + i = atoi(argv[1]); // convert string argv[1] to integer i + // argv[1] is a number passed to child + + printf("\n*** I am the child having job nr. %d ***\n\n", i); + + switch(i) { + case 0: exit(0); // exit normally + break; + case 1: *a = i; // force segmentation error + break; + case 2: kill(getpid(), 30); // I send signal 30 to myself + break; + case 3: sleep(5); // sleep and wait for signal + break; + case 4: sleep(5); // just sleep + exit(222); // then exit + break; + default: + exit(-1); + } + exit(0); +} + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/ProcA7.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/ProcA7.c new file mode 100644 index 0000000..06b8cfd --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/ProcA7.c @@ -0,0 +1,65 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA8.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(int argc, char *argv[]) { + pid_t pid; + int status, retval, whatToDo = 0; + char str[8]; + + if (argc > 1) + whatToDo = atoi(argv[1]); // get job number for child + + pid = fork(); // fork child + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + sprintf(str, "%d",whatToDo); + retval = execl("./ChildProcA7.e", "ChildProcA7.e", str, NULL); + if (retval < 0) perror("\nexecl not successful"); + break; + default: + if (whatToDo <= 3) { + if (whatToDo == 3) { + sleep(1); + kill(pid, SIGABRT); // send signal SIGABTR to child + } + wait(&status); + if (WIFEXITED(status)) + printf("Child exits with status %d\n", WEXITSTATUS(status)); + if (WIFSIGNALED(status)) { + printf("Child exits on signal %d\n", WTERMSIG(status)); + printf("Child exits with core dump %d\n", WCOREDUMP(status)); + } + } else { + usleep(500*1000); + while (!waitpid(pid, &status, WNOHANG)) { + printf(". . . child is playing\n"); + usleep(500*1000); + } + printf("Child has exited with 'exit(%d)'\n", WEXITSTATUS(status)); + } + break; + } + exit(0); +} + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/README b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/README new file mode 100644 index 0000000..9f27733 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/README @@ -0,0 +1,21 @@ + +Enable core dumps -> ulimit -c unlimited +Disable core dumps -> ulimit -c 0 + +Das core File lesen mit gdb: + + gdb -c core ChildProgA8.e + + +!!!! Wichtig !!!! + +Wenn sie ein Linux benutzen, das standardmaessig ABRT (Automatic Bug +Reporting Tool) verwendet (z.B. Fedora, Centos, etc.), muss +/proc/sys/kernel/core_pattern auf "core" gesetzt werden, damit ein +core File erzeugt wird + + echo core > /proc/sys/kernel/core_pattern + +Wenn ihr System SE-Linux verwendet (z.B. Fedora) , laesst sich core_pattern +nicht auf einfache Art setzen, verzichten sie in diesem Fall auf die +Erzeugung des "core" Files. diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/makefile new file mode 100644 index 0000000..6d8bc93 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe07/makefile @@ -0,0 +1,34 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc +CMPFLAGS= -Wall -g +LDFLAGS= +EXENAME= ProcA7.e +FNAME= ProcA7 +EXENAMC= ChildProcA7.e +FNAMC= ChildProcA7 +LIBNAME= +LIBNAME= + +compile: $(EXENAME) $(EXENAMC) + +$(EXENAME): $(FNAME).o + $(CMP) $(FNAME).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +$(EXENAMC): $(FNAMC).o + $(CMP) $(FNAMC).o $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f core *.o $(EXENAME) $(EXENAMC) + +all: + @make clean + @make diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_1.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_1.c new file mode 100644 index 0000000..5fbe822 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_1.c @@ -0,0 +1,45 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA9_1.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pid_t pid; + + printf("\n"); + printf("\nHallo, I am on the way to fork now, ......lo"); + + pid = fork(); + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + printf("ok: I am the child\n"); + break; + default: + printf("ok: I am the parent\n"); + break; + } + printf("\nclear ?\n\n"); + exit(0); +} + +//*************************************************************************** + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_2.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_2.c new file mode 100644 index 0000000..a3bbdff --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_2.c @@ -0,0 +1,87 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA9_2.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#define WAIT_TIME (200*1000) // 0.2 s with usleep + +// globaler array + +#define ARRAY_SIZE 8 +char GArray[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE]; + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pid_t pid; + int i,j; + + // flip coin to select "child first" or "parent first" + struct timeval tv; + gettimeofday(&tv, NULL); + srandom(tv.tv_usec); // evaluate seed + int head = (int)(random()) >> 7; // flip coin + head &= 0x1; + + // fill global array with '-' and print array value + for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) { + GArray[i][j] = '-'; + printf("%c ", GArray[i][j]); + } + printf("\n"); + } + fflush(stdout); + + pid = fork(); + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: // --- child fills upper half of array with 'c' + if (head) usleep(WAIT_TIME); + for (i = ARRAY_SIZE / 2; i < ARRAY_SIZE; i++) + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + GArray[i][j] = 'c'; + break; + default: // --- parent fills lower half of array with 'p' + if (! head) usleep(WAIT_TIME); + for (i = 0; i < ARRAY_SIZE / 2; i++) + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + GArray[i][j] = 'p'; + break; + } + + if (pid == 0) + printf("\nKinderarray\n\n"); + else + printf("\nElternarray\n\n"); + + for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + printf("%c ", GArray[i][j]); + printf("\n"); + } + fflush(stdout); + + if (pid > 0) wait(NULL); + + exit(0); +} + +//*************************************************************************** diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_3.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_3.c new file mode 100644 index 0000000..b2786bc --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/ProcA8_3.c @@ -0,0 +1,74 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA9_3.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + + +#include "workerUtils.h" + + +#define ANZAHL 15 +#define WORK_HARD 1000000 + +//***************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//***************************************************************************** + +int main(void) { + + FILE *fdes; + pid_t pid; + int i; + + launchWorkLoad(); // start CPU load to force context switches + fdes = fopen("AnyOutPut.txt", "w"); + if (fdes == NULL) perror("Cannot open file"); + + usleep(500000); + + pid = fork(); + + switch (pid) { + case -1: + perror("Could not fork"); + break; + case 0: + for (i = 1; i <= ANZAHL; i++) { + fprintf(fdes, "Fritzli\t%d\n", i); + fflush(fdes); // make sure date is written to file + justWork(WORK_HARD); + } + break; + default: + for (i = 1; i <= ANZAHL; i++) { + fprintf(fdes, "Mami\t%d\n", i); + fflush(fdes); // make sure date is written to file + justWork(WORK_HARD); + } + fflush(stdout); + stopWorkLoad(); + break; + } + printf("We are done\n"); + if (pid > 0) { + waitpid(pid, NULL, 0); + printf("See file AnyOutPut.txt\n"); + } + fflush(stdout); + exit(0); +} + +//***************************************************************************** + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/makefile new file mode 100644 index 0000000..e5921ff --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/makefile @@ -0,0 +1,38 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc -std=gnu99 +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAME1= ProcA8_1.e +FNAM1= ProcA8_1.o +EXENAME2= ProcA8_2.e +FNAM2= ProcA8_2.o +EXENAME3= ProcA8_3.e +FNAM3= ProcA8_3.o workerUtils.o +LIBNAME= + +compile: $(EXENAME1) $(EXENAME2) $(EXENAME3) + +$(EXENAME1): $(FNAM1) + $(CMP) $(CMPFLAGS) $(FNAM1) $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +$(EXENAME2): $(FNAM2) + $(CMP) $(CMPFLAGS) $(FNAM2) $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +$(EXENAME3): $(FNAM3) + $(CMP) $(CMPFLAGS) $(FNAM3) $(LIBNAME) $(LDFLAGS) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAME1) $(EXENAME2) $(EXENAME3) + +all: + @make clean + @make diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/workerUtils.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/workerUtils.c new file mode 100644 index 0000000..1fb8a5d --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/workerUtils.c @@ -0,0 +1,90 @@ +//******************************************************************* +// File workerUtils.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +// Purpose: helper applications to consume cpu time +//******************************************************************* + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include "workerUtils.h" + +//------------------------------------------------------------------------------ +#define MAX_CPUS 16 +//------------------------------------------------------------------------------ +pid_t worker[MAX_CPUS]; +int nCPUS; +//------------------------------------------------------------------------------ + +void launchWorkLoad() { + int i; + nCPUS = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN); // get number of available CPUs + nCPUS = (nCPUS > MAX_CPUS) ? MAX_CPUS : nCPUS; + for (i = 0; i < nCPUS; i++) // start workers -> random load + worker[i] = startWorker(); +} + +void stopWorkLoad() { + int i; + for (i = 0; i < nCPUS; i++) // stop worker + stopWorker(worker[i]); +} + + +void setRandom(void) { + srandom((unsigned int)time(NULL)); // new random sequence +} + +void justWork(unsigned int load) { + unsigned int j; + for (j = 0; j < load; j++) {}; // just work +} + +void workHard(unsigned int low, unsigned int high) { + double rv; + unsigned int us, j; + high = high - low; + rv = ((double)random())/RAND_MAX; // make random value (0..1) + us = low + (unsigned int)(rv * high); // between lower & higher limit + for (j = 0; j < us; j++) {}; // just work + setRandom(); // reseed random generator +} + +void randomSleep(unsigned int low, unsigned int high) { + double rv; + unsigned int us; + high = high - low; + rv = ((double)random())/RAND_MAX; // make random value (0..1) + us = low + (unsigned int)(rv * high); // between lower & higher limit + usleep(us*1000); +} + + +pid_t startWorker(void) { // make a hard working process + struct timeval tv; // limit run time to 60 secs + time_t st; + pid_t pid = fork(); + if (pid == 0) { // child: pid = 0 -> ifinite loop + gettimeofday(&tv, NULL); // take start time + st = tv.tv_sec; + while ((tv.tv_sec-st) < 60) { + workHard(50, 800); // work hard (random interval + gettimeofday(&tv, NULL); // between 50us and 800us) + } + + } + if (pid < 0) { // exit fork failed + printf("forking worker failed\n"); + exit(0); + } + return pid; // return pid if parent +} + +void stopWorker(pid_t worker) { + kill(worker, SIGKILL); // terminate worker process +} diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/workerUtils.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/workerUtils.h new file mode 100644 index 0000000..c944cda --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe08/workerUtils.h @@ -0,0 +1,25 @@ +//******************************************************************* +// File: workerUtils.h +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//******************************************************************* + +#ifndef WORKER_UTILS +#define WORKER_UTILS + +void launchWorkLoad(); + +void stopWorkLoad(); + +void setRandom(void); + +void justWork(unsigned int load); + +void workHard(unsigned int low, unsigned int high); + +void randomSleep(unsigned int low, unsigned int high); + +pid_t startWorker(void); + +void stopWorker(pid_t worker); + +#endif diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/ProcA9.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/ProcA9.c new file mode 100644 index 0000000..ded9dad --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/ProcA9.c @@ -0,0 +1,112 @@ +//*************************************************************************** +// File: ProcA9.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//*************************************************************************** + +//*************************************************************************** +// system includes +//*************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include "selectCPU.h" + +//************************************************************************** +// global data +#define ARRAY_SIZE 8 +char GArray[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE]; + +//************************************************************************** + +void *ThreadF(void *letter) { + int i,j; + int LowLim, HighLim; + char letr; + + letr = *(char *)letter; + if (letr == 'p') { // paremeter = p: fill lower half of array + LowLim = 0; HighLim = ARRAY_SIZE / 2; + } + else { // paremeter != p: fill upper half of array + LowLim = ARRAY_SIZE / 2; HighLim = ARRAY_SIZE; + } + + for (i = LowLim; i < HighLim; i++) { // fill own half + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + GArray[i][j] = letr; + } + + for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { // print whole array + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + printf("%c ", GArray[i][j]); + printf("\n"); + } + printf("\n"); + fflush(stdout); + pthread_exit(0); +} + +//*************************************************************************** +// Function: main(), parameter: none +//*************************************************************************** + +int main(void) { + + pthread_t thread1, thread2; + int i,j, pthr; + char letter1, letter2; + + selectCPU(0); // run on CPU 0 + + // flip coin to select p or c first + struct timeval tv; + gettimeofday(&tv, NULL); + srandom(tv.tv_usec); // evaluate seed + int head = (int)(random()) >> 7; // flip coin + head &= 0x1; + if (head) { + letter1 = 'p'; + letter2 = 'c'; + } + else { + letter1 = 'c'; + letter2 = 'p'; + } + + for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + GArray[i][j] = '-'; + + printf("\nArray vor Threads\n\n"); + for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + printf("%c ", GArray[i][j]); + printf("\n"); + } + printf("\n"); + + pthr = pthread_create(&thread1, NULL, ThreadF, (void *)&letter1); + if (pthr != 0) perror("Could not create thread"); + pthr = pthread_create(&thread2, NULL, ThreadF, (void *)&letter2); + if (pthr != 0) perror("Could not create thread"); + + pthread_join(thread1, NULL); + pthread_join(thread2, NULL); + + printf("\n... nach Threads\n"); + for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) { + for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) + printf("%c ", GArray[i][j]); + printf("\n"); + } +} + +//*************************************************************************** + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/makefile b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/makefile new file mode 100644 index 0000000..f29cbb6 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/makefile @@ -0,0 +1,27 @@ +# ************************************************************* +# Original Autor: M. Thaler (Modul BSY) +# ************************************************************* + +CMP= gcc -std=gnu99 -pthread +CMPFLAGS= -Wall +LDFLAGS= +EXENAME1= ProcA9.e +FNAM1= ProcA9.o selectCPU.o +LIBNAME= + +$(EXENAME1): $(FNAM1) + $(CMP) $(FNAM1) $(LDFLAGS) $(LIBNAME) -o $@ + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +clean: + rm -f *.o $(EXENAME1) + +all: + @make clean + @make + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/selectCPU.c b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/selectCPU.c new file mode 100644 index 0000000..ad67886 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/selectCPU.c @@ -0,0 +1,41 @@ +//****************************************************************************** +// File: setCPU.c +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//****************************************************************************** + +#define _GNU_SOURCE + +#include +#include +#include +#include + +#ifdef __linux +#include +#endif + +//****************************************************************************** + +#ifdef __linux + +void selectCPU(unsigned int n) { + cpu_set_t cpuset; + if (n >= sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN)) { + printf("CPU %d not availble\n", n); + exit(0); + } + sched_getaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &cpuset); + CPU_ZERO(&cpuset); + CPU_SET(n, &cpuset); + sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &cpuset); +} +#endif + +#ifdef __APPLE__ +void selectCPU(unsigned int n) { + printf("Cannot set single CPU on OSX\n ... continue anyway"); +} +#endif + +//****************************************************************************** + diff --git a/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/selectCPU.h b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/selectCPU.h new file mode 100644 index 0000000..1079489 --- /dev/null +++ b/P07_Prozesse_und_Threads/work/Prozesse_und_Threads/Aufgabe09/selectCPU.h @@ -0,0 +1,15 @@ +//****************************************************************************** +// File: setCPU.h +// Original Author: M. Thaler (Modul BSY) +//****************************************************************************** + +#ifndef SET_CPUS_HEADER_FILE +#define SET_CPUS_HEADER_FILE + +//****************************************************************************** + +void selectCPU(unsigned int n); + +//****************************************************************************** + +#endif diff --git a/P08_Sync/P10.uxf b/P08_Sync/P10.uxf new file mode 100644 index 0000000..b7544ec --- /dev/null +++ b/P08_Sync/P10.uxf @@ -0,0 +1,242 @@ + + + 10 + + UMLClass + + 90 + 370 + 200 + 200 + + lt=.. +*Kaffee-Automat* + + + + Text + + 90 + 690 + 150 + 110 + + while (1) { + ... + sem_wait(coin); + sem_post(coffee); + ... +} +style=wordwrap + + + + Text + + 420 + 690 + 150 + 110 + + while (1) { + ... + sem_post(coin); + sem_wait(coffee); + ... +} +style=wordwrap + + + + Relation + + 230 + 710 + 200 + 40 + + lt=<. +coin + 10.0;20.0;180.0;20.0 + + + Relation + + 230 + 730 + 200 + 40 + + lt=<. +coffee + 180.0;20.0;10.0;20.0 + + + UMLClass + + 130 + 430 + 120 + 30 + + auf Geld warten + + + + UMLClass + + 130 + 490 + 120 + 30 + + Kaffee ausgeben + + + + Relation + + 180 + 390 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 180 + 450 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 180 + 510 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 100 + 400 + 110 + 150 + + lt=<- + 90.0;10.0;10.0;10.0;10.0;130.0;90.0;130.0 + + + UMLClass + + 380 + 370 + 200 + 200 + + lt=.. +*Kunde* + + + + UMLClass + + 420 + 430 + 120 + 30 + + Geld einwerfen + + + + UMLClass + + 420 + 490 + 120 + 30 + + auf Kaffee warten + + + + Relation + + 470 + 390 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 470 + 450 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 470 + 510 + 30 + 60 + + lt=<- + 10.0;40.0;10.0;10.0 + + + Relation + + 470 + 400 + 110 + 150 + + lt=<- + 10.0;10.0;90.0;10.0;90.0;130.0;10.0;130.0 + + + Relation + + 240 + 430 + 200 + 40 + + lt=<. +coin + 10.0;20.0;180.0;20.0 + + + Relation + + 240 + 490 + 200 + 40 + + lt=<. +coffee + 180.0;20.0;10.0;20.0 + + diff --git a/P08_Sync/P10_Sync.docx b/P08_Sync/P10_Sync.docx new file mode 100644 index 0000000..612b9a4 Binary files /dev/null and b/P08_Sync/P10_Sync.docx differ diff --git a/P08_Sync/P10_Sync.pdf b/P08_Sync/P10_Sync.pdf new file mode 100644 index 0000000..b5ec1fb Binary files /dev/null and b/P08_Sync/P10_Sync.pdf differ diff --git a/P08_Sync/README.md b/P08_Sync/README.md new file mode 100644 index 0000000..e66b5c2 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/README.md @@ -0,0 +1,187 @@ +# 08 - Synchronisationsprobleme + +___ + +## 1. Übersicht + +![](./synchronisationsprobleme.png) + +[Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Velgast-suedbahn.jpg](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Velgast-suedbahn.jpg) + +In diesem Praktikum lernen sie zuerst am Beispiel eines Kaffee-Automaten verschiedene grundlegende Synchronisationsprobleme kennen und mit Hilfe von Locks (Mutexes) und Semaphoren lösen: + - gegenseitiger Ausschluss mit einem Lock + - Erzwingen einer einfachen Reihenfolge + - Erzwingen einer erweiterten Reihenfolge + +Im zweiten Teil werden sie auf Basis dieser Grundlagen ein komplexeres Synchronisationsproblem bearbeiten, diesmal am Beispiel von Bank Transaktionen. +___ + +### 1.1 Nachweis +Dieses Praktikum ist eine leicht abgewandelte Variante des Sync Praktikum des Moduls BSY, angepasst an die Verhältnisse des SNP Moduls. Die Beispiele und Beschreibungen wurden, wo möglich, eins-zu-ein übernommen. + +Als Autor des BSY Praktikums ist genannt: M. Thaler. + +___ + +## 2. Lernziele +In diesem Praktikum werden sie Synchronisationsprobleme lösen +- Sie wissen wie man systematisch Synchronisationsprobleme analysiert +- Sie wissen wann ein potentieller Deadlock entstehen kann +- Sie können Mutex mit Threads anwenden +- Sie können Semaphoren mit Prozessen anwenden + +___ + +## 3. Einführung +Das Lösen von Synchronisationsproblemen ist oft nicht einfach, weil Prozesse bzw. Threads gleichzeitig ablaufen, ihre Aktivitäten jedoch nach Vorgaben koordiniert werden müssen: man verliert schnell den Überblick. Systematisches Vorgehen mit Aufzeichnen der Abläufe und Synchronisationsbedingungen bewährt ich sich in diesem Fall. + +___ + +### 3.1 Wie löst man Synchronisationsprobleme? +Gehen sie beim Lösen von Synchronisationsproblemen in folgenden Schritten vor: + +- **Schritt 1: Prozesse (Threads) der Problemstellung identifizieren.** + Prozesse sind die Aktivitäten, die gleichzeitig ausgeführt werden. In diesem Sinne sind sie eigenständige Ausführungs-Einheiten, deren zeitliches Verhalten synchronisiert werden muss. +- **Schritt 2: Ausführungsschritte der einzelnen Prozesse (Threads) ermitteln.** + Erstellen sie eine Liste mit einer Spalte für jeden Prozess. Notieren sie für jeden Prozess stichwortartig die wesentlichen Aktionen in der gewünschten zeitlichen Reihenfolge. Tragen sie noch keine Synchronisationsoperationen ein, sondern Texte wie warten auf Geld, etc. Übertragen sie anschliessend die Liste in einen Ablaufgraphen (Siehe Beispiel in Abbildung 1). +- **Schritt 3: Synchronisationsbedingungen ermitteln.** + Eine Synchronisationsbedingung ist eine zeitliche Beziehung (Abhängigkeit) zwischen Aktionen verschiedener Prozesse, die für das korrekte Arbeiten erforderlich ist. Zeichnen sie diese Beziehungen mit Pfeilen in den Ablaufgraphen aus Schritt 2 ein (Siehe Abbildung 1). +- **Schritt 4: Benötigte Semaphore definieren.** + Für jede Synchronisationsbedingung wird ein eigener Semaphor benötigt. Notieren sie für jeden Semaphor einen Namen und den Wert, mit dem er initialisiert werden muss. +- **Schritt 5: Prozesse mit Semaphore Operationen ergänzen.** + Erweitern sie nun alle Prozesse aus Schritt 2 mit den notwendigen Semaphore Operati-onen (Siehe Pseudocode in Abbildung 1). +- **Schritt 6: Implementation.** + Implementieren und testen sie das vollständige Programm. + +![](./coffee_customer.png) + + +```c +coin = sem_open(...,0); +coffee = sem_open(...,0); +``` + +Ablaufgraph und Pseudocode für 2 Prozesse und zwei Semaphore +![](./sequence_graph.png) + + + + +## 4. Der Kaffee-Automat +Als Beispiel verwenden wir einen Automaten, der Kaffee verkauft. Der Kunde muss zum Kauf eines Kaffees zuerst eine bzw. mehrere Münzen einwerfen und anschliessend den gewünsch-ten Kaffee wählen. Der Automat gibt dann das entsprechende Getränk aus. + +Im ersten Beispiel werden der Automat und die Kunden mit Threads modelliert und tauschen Daten über gemeinsame Speichervariablen aus. Im zweiten und dritten Beispiel werden der Automat und die Kunden mit Prozessen modelliert, dabei wird der Ablauf mit Hilfe von Sema-phoren gesteuert bzw. erzwungen. + +**Hinweis:** die Programme zu den folgenden Aufgaben können alle mit **startApp.e** gestartet werden. Dieses Programm startet und stoppt Threads und Prozesse, alloziert und dealloziert die Ressourcen (Mutexes, Semaphore). + +___ + +### 4.1 Aufgabe: Mutual Exclusion +Greifen mehrere Threads (oder Prozesse) auf gemeinsame Daten zu, können sogenannte Race Conditions entstehen. Das Resultat ist in diesem Fall abhängig von der Reihenfolge, in der die Threads (Prozesse) ausgeführt werden. + +Im vorliegenden Beispiel wirft der Kunde eine 1 Euro Münze ein und drückt anschliessend auf eine von zwei Kaffeewahltasten. Dabei wird die Anzahl Münzen (*coinCount*) und die gewählte Kaffeesorte (*selCount1*, *selCount2*) inkrementiert. Diese Variablen sind in der Datenstruktur *cData* abgelegt, auf die gemeinsam Kaffee-Automat und Kunden zugreifen können. Der Auto-mat überprüft, ob die Anzahl Münzen und die Anzahl der Kaffeewahlen gleich gross sind, falls nicht, wird eine Fehlermeldung ausgegeben und alle Zähler auf *Null* gesetzt. + +#### Aufgaben + +1. Übersetzen sie die Programme im Verzeichnis *mutex* mit *make* und starten sie den Kaffee-Automaten mit **startApp.e** mehrmals hintereinander. + Analysieren sie die Datenwerte in den Fehlermeldungen, beschreiben sie was die Gründe dafür sind bzw. sein können. + +2. Schützen sie nun den Zugriff auf die gemeinsamen Daten mit einem Mutex so, dass alle Threads eine konsistente Sicht der Daten haben. +Wir haben für sie einen Mutex vorbereitet: die Datenstruktur *cData* enthält die Mutex-Variable *mutex*, die in **startApp.c** initialisiert wird. Die Funktionen für das Schliessen und das Öffnen des Mutex (Locks) aus der *pthread* Bibliothek sind: +```c +pthread mutex lock(&(cD->lock)); +``` + - und +```c +pthread mutex unlock(&(cD->lock)); +``` +Überprüfen sie, ob der Kaffee-Automat nun keine Fehlermeldungen mehr ausgibt. Erhö-hen sie dazu auch die Anzahl Kunden *CUSTOMERS* in **commonDefs.h**, z.B. auf 10. + +3. Im Thread des Kaffee-Automaten wird an verschiedenen Orten mehrmals auf die gemeinsamen Daten in *cD* zugegriffen. Wenn sie die gemeinsamen Daten in lokale Variablen kopieren und dann nur noch auf diese lokalen Variablen zugreifen würden, könn-ten sie dann auf die Synchronisation mit dem Mutex verzichten? + +4. Wie oft kann ein einzelner Kunde einen Kaffee beziehen, bis der nächste Kunde an die Reihe kommt? Hier reicht eine qualitative Aussage. + +### 4.2 Aufgabe: Einfache Reihenfolge +Wie sie im ersten Beispiel festgestellt haben, verhindert ein Mutex zwar, dass Race Conditions auftreten, die Verarbeitungsreihenfolge der Threads lässt sich jedoch nicht beeinflussen und ist zufällig. +Im Folgenden soll eine erzwungene Verarbeitungsreihenfolge implementiert werden: +- Ein Kunde benutzt den Automat für einen Kaffeekauf exklusiv, d.h. alle Schritte des Kunden werden innerhalb eines Mutexes ausgeführt. Ist ein Kunde an der Reihe, wartet er bis der Automat bereit ist, wirft eine Münze ein, wartet auf den Kaffee und gibt anschlies-send den Automaten für den nächsten Kunden frei. + +- Der Automat meldet zuerst in einer Endlos-Schleife, dass er für die Geld-Eingabe bereit ist, wartet dann auf die Eingabe einer Münze, gibt den Kaffee aus und meldet anschliessend wieder, wenn er bereit ist, etc. + +Für die Lösung dieses Problems benötigen wir Semaphore, die, im Gegensatz zu Mutexes, auch in verschiedenen Prozessen gesetzt bzw. zurückgesetzt werden dürfen. Den Kaffee-Automat und die Kunden implementieren wir mit Prozessen. sie finden die entsprechenden Prozesse im Verzeichnis **basicSequence**. + +#### Aufgaben +1. Beschreiben sie den Kaffee-Automaten mit Hilfe der 6 Schritte aus Abschnitt 3 auf Papier, dokumentieren sie dabei alle Schritte schriftlich. +2. Implementieren sie nun den Kaffee-Automaten. Ergänzen sie dazu den *coffeeTeller* und den *customer* Prozess so mit vier Semaphoren, dass die vorgegebenen Ablaufbedingungen eingehalten werden. Mit welchen Werten müssen die Semaphore initialisiert werden? +Wir haben für sie vier Semaphore vorbereitet: Achtung, sie sind aber noch auskommentiert (siehe commonDefs.h und startApp.c. Die benötigten Semaphor-Funktionen aus der POSIX Bibliothek sind: +```c +sem_wait(&semaphor); +``` +und +```c +sem_post(&semaphor); +``` +Analysieren sie die Ausgabe der Prozesse (mehrmals starten). Was fällt auf? + +3. Gibt Ihr Programm den Output in der korrekten Reihenfolge aus? Falls nicht, wie könnte das gelöst werden? + +### 4.3 Aufgabe: Erweiterte Reihenfolge +Die Preise steigen dauernd ... auch der Kaffee wird immer teurer, er kostet nun 3 Euro. Da der Automat nur 1 Euro Stücke annehmen kann, muss der Kunde 3 Münzen einwerfen. Erweitern sie die Prozesse aus Aufgabe 4.2 so, dass eine vordefinierte Anzahl Münzen eingegeben werden muss (die Anzahl Münzen ist in *commonDefs.h* als *NUM_COINS* definiert). Verwenden sie keine zusätzlichen Semaphore, sondern nutzen sie, dass wir Counting Semaphore verwenden. Die vordefinierten Prozesse finden sie im Verzeichnis *advancedSequence*. +#### Aufgabe +- Passen sie den coffeeTeller und den customer Prozess so an, dass der Kunde mehrere Münzen einwerfen muss, bis der Automat einen Kaffee ausgeben kann. + +**Hinweis:** POSIX Semaphore sind Counting Semaphore, können aber nicht auf vordefinierte Werte gesetzt werden (ausser bei der Initialisierung). Abhilfe schafft hier das mehrmalige Aufrufen von *sem_post()*, z.B. in einer for-Schleife. + +### 4.4 Zusammenfassung +Wir haben drei grundlegenden Typen von Synchronisationsproblemen kennen gelernt: +- **Mutex** nur ein Prozess bzw. Thread kann gleichzeitig auf gemeinsame Daten zugreifen. + - Beispiel: entweder liest der Kaffee-Automat die Daten oder ein Kunde verändert sie. +- **Einfache Reihenfolge** ein Prozess wartet auf die Freigabe durch einen anderen Prozess. + - Beispiel: der Kaffee-Automat wartet auf die Eingabe einer Münze. +- **Erweiterte Reihenfolge** ein Prozess wartet auf mehrere Freigaben durch einen anderen Pro-zess. + - Beispiel: der Kaffee-Automat wartet auf die Eingabe von drei Münzen. + +___ + +## 5. International Banking +Die International Bank of Transfer (IBT) besitzt in 128 Ländern Filialen und stellt für 2048 spezielle Handels-Kunden in jeder Filiale ein Konto zur Verfügung. Gelder dieser Kunden werden dauernd zwischen den Filialen hin und her transferiert, dazu beschäftigt die Bank sogenannte Pusher. Pusher heben Geldbeträge von Konten in einer Filiale ab und buchen sie auf den entsprechenden Konten in irgendeiner (auch in der eigenen) Filiale wieder ein. Die Beträge liegen zwischen 1000 und 100’000 Dollar und werden zufällig ausgewählt, die Wahl der beiden Filialen ist ebenfalls zufällig. + +### 5.1 Implementation +Im Folgenden arbeiten wir mit einer *pthread*-basierten Implementation der IBT, die Pusher werden dabei mit Threads implementiert. Die Filialen der Bank sind als Array von Strukturen implementiert, wobei pro Filiale ein Lock (*branchLock*) und ein Array von Konten (Accounts) definiert ist. Die Konten sind wiederum Strukturen mit dem Kontostand (*account*) und dem Lock (*acntLock*), siehe dazu auch den Source Code. Die Zugriffe auf die Gelder sind imple-mentiert (Funktionen *withdraw()*, *deposit()*, *transfer()*), aber nicht synchronisiert. +**Hinweis:** es ist von Vorteil hier mit mehreren CPUs zu arbeiten. Falls sie eine VM verwenden, setzen sie die Anzahl CPUs auf das Maximum. + + +### 5.2 Aufgabe: Konto Synchronisation +1. Wechseln sie ins Verzeichnis **banking/a1**, übersetzen sie das Programm und starten sie es mit dem Skript `./startApp`. Analysieren und erklären sie die Resultate. Notie-ren sie sich zudem die Laufzeiten für 1, 2 und 4 Threads. +2. Synchronisieren sie die Kontenzugriffe so, dass möglichst viele Zugriffe gleichzeitig ausgeführt werden können und die Zugriffe atomar sind. Sie dürfen nur eines der beiden Locks *branchLock* bzw. *acntLock* verwenden: welches wählen sie und wieso? Be-gründen sie ihre Antwort und testen sie ihre Lösung. + +### 5.3 Aufgabe: Filialen Zugriff in Critical Section +Ihr Chef meint, dass es wohl aus Sicherheitsgründen besser wäre, sowohl die Filialen und die jeweiligen Kontenzugriffen zu ”locken”. + 1. Wechseln sie ins Verzeichnis banking/a2 und kopieren sie banking.c aus Aufgabe 5.2. Implementieren sie diese zusätzlichen Anforderungen. Analysieren sie die Resultate. Was stellen sie fest im Vergleich mit den Resultaten aus der Aufgabe 5.2? Was raten sie ihrem Chef? + 2. Ein Kollege meint, es wäre effizienter beim Abheben des Betrags zuerst das Konto zu locken und dann die Filiale, hingegen beim Einbuchen zuerst die die Filiale und dann das Konto. Was für eine Antwort geben sie ihrem Kollegen?**Hinweis:** falls sie nicht sicher sind: probieren sie es aus. + +### 5.4 Aufgabe: Refactoring der Synchronisation +Das International Banking Committe (IBC) erlässt neue Richtlinien, die unter anderem fordern, dass die Gesamtbilanz einer Bank über sämtliche Filialen zu jeder Zeit konsistent sein muss. +1. Erklären sie wieso die Implementationen aus Aufgabe 5.2 und 5.3 diese Anforderungen nicht erfüllen. +2. Ihr Entwicklungsteam kommt zum Schluss, dass den Pushern neu nur noch eine Funktion *transfer()* für die Überweisung von Beträgen zwischen den Filialen und Konten zur Verfügung gestellt werden darf. +Welche Locks bzw. welches Lock muss verwendet werden, damit die Forderung des IBC erfüllt werden kann? Wechseln sie ins Verzeichnis *banking/a3* und ergänzen sie die Funktion *transfer()* in banking.c um die entsprechenden Lock-Funktionen. +Wichtiger +**Hinweis:** es darf kein neues Lock eingeführt werden und die Gesamtbilanz über sämtliche Filialen muss jederzeit konsistent sein. +3. Testen und analysieren sie das Programm und vergleichen sie die Resultate (Funktionalität, Laufzeit) mit den Lösungen aus Aufgabe 5.2 und 5.3. Notieren sie sich, was ihnen bei dieser Aufgabe wichtig erscheint. +4. +___ + + +## 6. Bewertung + +Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. +| Aufgabe | Kriterium | Gewicht | +| :-- | :-- | :-- | +| | Sie können die gestellten Fragen erklären. | | +| 4 | 4.1 Aufgabe: Mutual Exclusion
4.2 Aufgabe: Einfache Reihenfolge
4.3 Aufgabe: Erweiterte Reihenfolge | 4 | +| 5 | 5.2 Aufgabe: Konto Synchronisation
5.3 Aufgabe: Filialen Zugriff in Critical Section
5.4 Aufgabe: Refactoring der Synchronisation | 4 | + + +___ +___ +Version: 18.08.2021 diff --git a/P08_Sync/coffee_customer.png b/P08_Sync/coffee_customer.png new file mode 100644 index 0000000..37d6274 Binary files /dev/null and b/P08_Sync/coffee_customer.png differ diff --git a/P08_Sync/coffee_customer.svg b/P08_Sync/coffee_customer.svg new file mode 100644 index 0000000..9ae8144 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/coffee_customer.svg @@ -0,0 +1,129 @@ + + +auf Kaffee wartenGeld einwerfenKundeKaffee ausgebenauf Geld wartenKaffee-Automatcoffeecoin diff --git a/P08_Sync/sequence_graph.png b/P08_Sync/sequence_graph.png new file mode 100644 index 0000000..e551d22 Binary files /dev/null and b/P08_Sync/sequence_graph.png differ diff --git a/P08_Sync/sequence_graph.svg b/P08_Sync/sequence_graph.svg new file mode 100644 index 0000000..d25e346 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/sequence_graph.svg @@ -0,0 +1,64 @@ + + +while (1) { ... sem_post(coin); sem_wait(coffee); ...}while (1) { ... sem_wait(coin); sem_post(coffee); ...}coffeecoin diff --git a/P08_Sync/synchronisationsprobleme.png b/P08_Sync/synchronisationsprobleme.png new file mode 100644 index 0000000..da2334c Binary files /dev/null and b/P08_Sync/synchronisationsprobleme.png differ diff --git a/P08_Sync/synchronisationsprobleme.svg b/P08_Sync/synchronisationsprobleme.svg new file mode 100644 index 0000000..c9a5478 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/synchronisationsprobleme.svg @@ -0,0 +1 @@ + \ No newline at end of file diff --git a/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/coffeeTeller.c b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/coffeeTeller.c new file mode 100644 index 0000000..4b96adb --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/coffeeTeller.c @@ -0,0 +1,46 @@ +/******************************************************************************* +* File: coffeTeller.c +* Purpose: simple sequence with semaphores +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include + +#include +#include +#include + +#include "commonDefs.h" + +//****************************************************************************** + +int main(void) { + + int i; + sem_t *coin, *coffee, *ready; + + // set up a semaphore + coin = sem_open(COIN_SEMAPHOR, 0); + coffee = sem_open(COFFEE_SEMAPHOR, 0); + ready = sem_open(READY_SEMAPHOR, 0); + + // start teller machine + printf("\nCoffee teller machine starting\n\n"); + + i = 0; + while (i < ITERS) { + printf("teller (%d): waiting for coin\n", i); + printf(" (%d): got coin\n", i); + printf(" (%d): dispense coffee\n", i); + i++; + } +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/commonDefs.h b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/commonDefs.h new file mode 100644 index 0000000..597278d --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/commonDefs.h @@ -0,0 +1,31 @@ +#ifndef MY_DEFINITIONS_HEADER +#define MY_DEFINITIONS_HEADER + +/******************************************************************************* +* File: commonDefs.h +* Purpose: common definitions +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013, 4/2014 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#define MYTURN_SEMAPHOR "/my_semaphor_1_name_advaneced_seq" +#define COIN_SEMAPHOR "/my_semaphor_2_name_advaneced_seq" +#define COFFEE_SEMAPHOR "/my_semaphor_3_name_advaneced_seq" +#define READY_SEMAPHOR "/my_semaphor_4_name_advaneced_seq" + +#define ITERS (100*1000*1000) +#define CUSTOMERS 4 +#define NUM_COIN 3 + +//****************************************************************************** + +#define checkSem(X) {if (X == SEM_FAILED) {perror("sem_open"); exit(-1);}} + +#define drinkingCoffee(X) {usleep((((1+X)*rand())+100000)&0xFFFFF);} + +//****************************************************************************** + +#endif + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/customer.c b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/customer.c new file mode 100644 index 0000000..a4609e5 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/customer.c @@ -0,0 +1,50 @@ +/******************************************************************************* +* File: customer.c +* Purpose: simple sequence with semaphores +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include + +#include +#include +#include + +#include "commonDefs.h" + +//****************************************************************************** + +int main(int argc, char *argv[]) { + + int i, myID; + sem_t *myTurn, *coin, *coffee, *ready; + + if (argc > 1) + myID = atoi(argv[1]); + else + myID = 0; + + // set up a semaphore + myTurn = sem_open(MYTURN_SEMAPHOR, 0); + coin = sem_open(COIN_SEMAPHOR, 0); + coffee = sem_open(COFFEE_SEMAPHOR, 0); + ready = sem_open(READY_SEMAPHOR, 0); + + // start customer + printf("Customer starting (%d)\n", myID); + + // now check the sum + for (i = 0; i < ITERS; i++) { + printf("\t\t\t\tcustomer(%d) put coin %d\n", myID, i); + printf("\t\t\t\tcustomer(%d) waiting for coffee %d\n", myID, i); + printf("\t\t\t\tcustomer(%d) got coffee %d\n", myID, i); + drinkingCoffee(myID); + } +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/makefile b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/makefile new file mode 100644 index 0000000..2891669 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/makefile @@ -0,0 +1,40 @@ +# BSy M. Thaler +# Version v.fs20 + +CMP= gcc -std=gnu99 +CMPFLAGS= -Wall -g +LIB= -pthread +EXENAME0= startApp.e +EXENAME1= coffeeTeller.e +EXENAME2= customer.e + +doit: + @make --no-print-directory clean + @make --no-print-directory startApp + @make --no-print-directory coffeeTeller + @make --no-print-directory customer + +startApp: startApp.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) startApp.o $(LIB) -o $(EXENAME0) + +coffeeTeller: coffeeTeller.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) coffeeTeller.o $(LIB) -o $(EXENAME1) + +customer: customer.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) customer.o $(LIB) -o $(EXENAME2) + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +all: + @make clean + make doit + +clean: + @rm -f *.e *.o + +purge: + @make clean diff --git a/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/startApp.c b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/startApp.c new file mode 100644 index 0000000..a1f3a6b --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/advancedSequence/startApp.c @@ -0,0 +1,72 @@ +/******************************************************************************* +* File: startApp.c +* Purpose: ice cream teller, basic sequence +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include + +#include +#include +#include + +#include "commonDefs.h" + +//****************************************************************************** + +int main(void) { + + int j; + char string[8]; + sem_t *access, *coin, *coffee, *ready; + pid_t tellerPID; + + sem_unlink(MYTURN_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + sem_unlink(COIN_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + sem_unlink(COFFEE_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + sem_unlink(READY_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + + // set up a semaphore (? -> initial value of semaphor) + // checkSem() -> macro defined in commonDefs.h + + /* + access = sem_open(MYTURN_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(access); + coin = sem_open(COIN_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(coin); + coffee = sem_open(COFFEE_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(coffee); + ready = sem_open(READY_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(ready); + */ + + // now that the resources are set up, the supervisor can be started + for (j = 1; j <= CUSTOMERS; j++) { + if (fork() == 0) { + sprintf(string, "%d", j); + execl("./customer.e", "customer.e", string, NULL); + printf("*** could not start customer.e ***\n"); + } + } + + if ((tellerPID = fork()) == 0) { + execl("./coffeeTeller.e", "coffeeTeller.e", "0", NULL); + printf("*** could not start coffeTeller ***\n"); + } + + waitpid(tellerPID, NULL, 0); + system("killall coffeeTeller.e"); + system("killall customer.e"); // kill all customers + + // clean up resources + sem_unlink(MYTURN_SEMAPHOR); + sem_unlink(COIN_SEMAPHOR); + sem_unlink(COFFEE_SEMAPHOR); + sem_unlink(READY_SEMAPHOR); + printf("\n"); +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/banking.c b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/banking.c new file mode 100644 index 0000000..a10758c --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/banking.c @@ -0,0 +1,142 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: banking.c +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include + +#include "banking.h" + +//****************************************************************************** + +#define MAX( a, b ) ( ( a > b) ? a : b ) +#define MIN( a, b ) ( ( a <= b) ? a : b ) + +typedef struct account_struct_ { + long int balance; + pthread_mutex_t acntLock; +} Account; + +typedef struct branch_struct { + Account *accounts; + pthread_mutex_t branchLock; +} Branch; + +//****************************************************************************** + +static Branch *bank; +static int nBranches, nAccounts; + +//****************************************************************************** +// banking functions + +void makeBank(int num_branches, int num_accounts) { + nBranches = num_branches; + nAccounts = num_accounts; + bank = (Branch *)malloc(nBranches * sizeof(Branch)); + + pthread_mutexattr_t attr; + pthread_mutexattr_init(&attr); + //pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP); + + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + bank[i].accounts = (Account *)malloc(nAccounts * sizeof(Account)); + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + pthread_mutex_init(&bank[i].accounts[j].acntLock, NULL); + bank[i].accounts[j].balance = 0; + } + } +} + +void deletebank(void) { + for (int i = 0; i < nBranches; i++) + free(bank[i].accounts); + free(bank); + nBranches = nAccounts = 0; +} + +long int withdraw(int branchNr, int accountNr, long int value) { + int rv, tmp; + rv = 0; + tmp = bank[branchNr].accounts[accountNr].balance - value; + if (tmp >= 0) { + bank[branchNr].accounts[accountNr].balance = tmp; + rv = value; + }; + return rv; +} + +void deposit(int branchNr, int accountNr, long int value) { + bank[branchNr].accounts[accountNr].balance += value; +} + +void transfer(int fromB, int toB, int accountNr, long int value) { + if (fromB == toB) { + return; + } + + int first = MIN(fromB, toB); + int second = MAX(fromB, toB); + pthread_mutex_lock(&bank[first].accounts[accountNr].acntLock); + pthread_mutex_lock(&bank[second].accounts[accountNr].acntLock); + + int money = withdraw(fromB, accountNr, value); + deposit(toB, accountNr, money); + + pthread_mutex_unlock(&bank[first].accounts[accountNr].acntLock); + pthread_mutex_unlock(&bank[second].accounts[accountNr].acntLock); +} + +void checkAssets(void) { + static long assets = 0; + long int sum = 0; + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + sum += (long int)bank[i].accounts[j].balance; + } + } + if (assets == 0) { + assets = sum; + printf("Balance of accounts is: %ld\n", sum); + } + else { + if (sum != assets) { + printf("Balance of accounts is: %ld ... not correct\n", sum); + } + else + printf("Balance of accounts is: %ld ... correct\n", assets); + } +} + +int checkIBC(void) { + static long ibcError = 0; + long sum = 0; + + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + pthread_mutex_lock(&bank[i].branchLock); + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + pthread_mutex_lock(&bank[i].accounts[j].acntLock); + } + } + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + sum += (long)bank[i].accounts[j].balance; + } + } + for (int i = nBranches - 1; i >= 0; i--) { + pthread_mutex_unlock(&bank[i].branchLock); + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + pthread_mutex_unlock(&bank[i].accounts[j].acntLock); + } + } + if (ibcError == 0) ibcError = sum; + return (ibcError != sum); +} +//****************************************************************************** + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/banking.h b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/banking.h new file mode 100644 index 0000000..e8a4017 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/banking.h @@ -0,0 +1,20 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: banking.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// banking functions + +void makeBank(int num_branches, int num_accounts); +void deleteBank(void); + +long withdraw(int branch, int account, long int value) ; +void deposit(int branch, int account, long int value); +void transfer(int fromB, int toB, int account, long int value); +void checkAssets(void); +int checkIBC(void); + +//****************************************************************************** + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/main.c b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/main.c new file mode 100644 index 0000000..7f96596 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/main.c @@ -0,0 +1,107 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: main.c +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** + +#include +#include +#include + +#include "banking.h" +#include "mtimer.h" +#include "mrandom.h" + +//****************************************************************************** +// constant values + +#define MAX_THREADS 16 +#define NUM_THREADS 2 + +#define TRANSFERS (16*1024*1024L) +#define ACCOUNTS (2048) +#define BRANCHES (128) + +//****************************************************************************** +// globals + +int nThreads; +int ibc = 0; + +//****************************************************************************** +// customers + +void *pusher(void *arg) { + int idx = (int)(long)(arg); + mrand_t rand; + unsigned int seed = 17*idx; + mrandInit(seed, &rand); + int account, from, to, val; + int count = TRANSFERS / nThreads; + for (int i = 0; i < count; i++) { + account = (int)(mrandUInt(&rand) % ACCOUNTS); + from = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + to = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + val = (int)(mrandRange(1000, 100000, &rand)); + transfer(from, to, account, val); + } +} + +void *checker(void *arg) { + for (int i = 0; i < 1000; i = i) { + ibc += checkIBC(); + usleep(100*1000); + } +} + +//****************************************************************************** +// main program + +int main(int argc, char *argv[]) { + + gtimer_t timer; + mrand_t ranvar; + long assets; + + // thread id's + pthread_t th[MAX_THREADS]; + + // get number of threads or default + if (argc > 1) + nThreads = atoi(argv[1]); + else + nThreads = NUM_THREADS; + nThreads = (nThreads > MAX_THREADS) ? MAX_THREADS : nThreads; + + mrandInit((MAX_THREADS + 1)*333, &ranvar); + + printf("\nRunning %d threads\n", nThreads); + makeBank(BRANCHES, ACCOUNTS); + for (int i = 0; i < ACCOUNTS; i++) + deposit(0, i, mrandRange(10, 1000*1000, &ranvar)); + checkAssets(); + + startGTimer(timer); + // create threads and pass thread number + pthread_create(&th[0], NULL, checker, (void *)0); + sleep(1); + for (long i = 1; i < nThreads; i++) + pthread_create(&th[i], NULL, pusher, (void *)i); + // wait for threads to terminate + for (int i = 1; i < nThreads; i++) + pthread_join(th[i], NULL); + stopGTimer(timer); + + checkAssets(); + printGTime(timer); + + if (ibc) + printf("\n\033[41mYou do not comply with the IBC rules \033[0m\n\n"); + else + printf("\n\033[42mYou do comply with the IBC rules \033[0m\n\n"); + +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/makefile b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/makefile new file mode 100644 index 0000000..889b1e5 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/makefile @@ -0,0 +1,32 @@ +# --------------------------------------------------------------------------- +# Makefile +# Course: BSy +# Date: M. Thaler, 1/2016 +# File: makefile +# Version: v.fs20 +# --------------------------------------------------------------------------- +#macros + +CC = gcc +CFLGS = -std=gnu99 +LIBS = -pthread +OFILES = main.o banking.o +HFILES = banking.h + +main: $(OFILES) $(HFILES) + $(CC) $(CFLGS) $(LIBS) $(OFILES) -o $@.e + +.c.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +.cc.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +clean: + rm -f *.o *.e + @echo "directory cleaned" + +all: + @rm -f *.o + make --no-print-directory main +#----------------------------------------------------------------------------- diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/mrandom.h b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/mrandom.h new file mode 100644 index 0000000..3d91f4d --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/mrandom.h @@ -0,0 +1,74 @@ +#ifndef MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS +#define MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS + +#include +#include + +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: mrandom.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: thread safe random functions (reentrant) +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// date type: mrand_t +// +// functions: +// - void mrandInit(mrand_t *mrt) -> initialize with fixed seed +// - unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) -> unsigned random number +// - unsigned int mrandRange(int low, int high, mrand_t *mrt) +// -> random number within range +// +/******************************************************************************/ +// constanst for ecuyer generator: length approx 8 x 10^12 + +#define M1 2147483563 +#define M2 2147483399 +#define A1 40014 +#define A2 40692 +#define Q1 53668 +#define Q2 52774 +#define R1 12211 +#define R2 3791 +#define MRAND_MAX M1-1 + +/******************************************************************************/ +typedef struct mrand_t { unsigned int s1; \ + unsigned int s2; } mrand_t; + +void mrandInit(unsigned int seed, mrand_t *mrt) { + mrt->s1 = 33777 + seed * 777; + mrt->s2 = 9777572 + seed * 33775; +} + +unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + return rv; +} + +double mrandDouble(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + double dv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + dv = (double)rv / ((double)(M1-1)); + return dv; +} + +unsigned int mrandRange(unsigned int low, unsigned int high, mrand_t *mrt) { + assert(low <= high); + double drv = mrandDouble(mrt); + unsigned int av = (unsigned int)(drv * (double)(high-low) + 0.5); + return low + av; +} + +/******************************************************************************/ +#endif diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/mtimer.h b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/mtimer.h new file mode 100644 index 0000000..63aa950 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/mtimer.h @@ -0,0 +1,42 @@ +#ifndef TIMER_MACRO_DEFINITIONS +#define TIMER_MACRO_DEFINITIONS + +/******************************************************************************/ +// Course: BSy +// File: mtimer.h +// Purpose: timer functions gettimeofday() +// Author: M. Thaler, ZHAW, 1/2016 +// Version: v.fs20 +/******************************************************************************/ +// gettimeofday() +// function: elapsed time: between start and stop +// data type: gtimer_t +// functions: startGTimer(gtimer_t tdata) -> start timer +// stopGTimer(gtimer_t tdata) -> stop timer +// double getWallGTime(gtimer_t tdata) -> get time in s +// printGTime(X) -> print time in s +// +// -> see also "man gettimeofday" +/******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include + + +/******************************************************************************/ + +typedef struct gtimer_t { struct timeval sT; \ + struct timeval eT; } gtimer_t; + +#define startGTimer(X) gettimeofday(&X.sT, NULL) +#define stopGTimer(X) gettimeofday(&X.eT, NULL) +#define getGTime(X) ((double)(X.eT.tv_sec) - (double)(X.sT.tv_sec)) +\ + ((double)X.eT.tv_usec - (double)X.sT.tv_usec)/1e6 +#define printGTime(X) printf("Run time %3.2lfs\n", getGTime(X)) + +/******************************************************************************/ + +#endif + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/startApp b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/startApp new file mode 100644 index 0000000..211c509 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking-solution/a3/startApp @@ -0,0 +1,4 @@ +#!/bin/bash +./main.e 1 +./main.e 2 +./main.e 4 diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/banking.c b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/banking.c new file mode 100644 index 0000000..fbf20c1 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/banking.c @@ -0,0 +1,103 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: banking.c +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include + +#include "banking.h" + +//****************************************************************************** + +typedef struct account_struct_ { + long int balance; + pthread_mutex_t acntLock; +} Account; + +typedef struct branch_struct { + Account *accounts; + pthread_mutex_t branchLock; +} Branch; + +//****************************************************************************** + +static Branch *Bank; +static int nBranches, nAccounts; + +//****************************************************************************** +// banking functions + +void makeBank(int num_branches, int num_accounts) { + nBranches = num_branches; + nAccounts = num_accounts; + Bank = (Branch *)malloc(nBranches * sizeof(Branch)); + + pthread_mutexattr_t attr; + pthread_mutexattr_init(&attr); + + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + Bank[i].accounts = (Account *)malloc(nAccounts * sizeof(Account)); + pthread_mutex_init(&(Bank[i].branchLock), &attr); + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + Bank[i].accounts[j].balance = 0; + pthread_mutex_init((&(Bank[i].accounts[j].acntLock)), &attr); + } + } +} + +void deleteBank(void) { + for (int i = 0; i < nBranches; i++) + free(Bank[i].accounts); + free(Bank); + nBranches = nAccounts = 0; +} + +long int withdraw(int branchNr, int accountNr, long int value) { + int rv, tmp; + rv = 0; + tmp = Bank[branchNr].accounts[accountNr].balance - value; + if (tmp >= 0) { + Bank[branchNr].accounts[accountNr].balance = tmp; + rv = value; + } + return rv; +} + +void deposit(int branchNr, int accountNr, long int value) { + Bank[branchNr].accounts[accountNr].balance += value; +} + +void transfer(int fromB, int toB, int accountNr, long int value) { + int money = withdraw(fromB, accountNr, value); + if (money >= 0) + deposit(toB, accountNr, money); +} + +void checkAssets(void) { + static long assets = 0; + long sum = 0; + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + sum += (long)Bank[i].accounts[j].balance; + } + } + if (assets == 0) { + assets = sum; + printf("Balance of accounts is: %ld\n", sum); + } + else { + if (sum != assets) + printf("Balance of accounts is: %ld ... not correct\n", sum); + else + printf("Balance of accounts is: %ld ... correct\n", assets); + } +} + +//****************************************************************************** + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/banking.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/banking.h new file mode 100644 index 0000000..1b8ea98 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/banking.h @@ -0,0 +1,19 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: banking.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// banking functions + +void makeBank(int num_branches, int num_accounts); +void deleteBank(void); + +long int withdraw(int branchNr, int accountNr, long int value) ; +void deposit(int branchNr, int accountNr, long int value); +void transfer(int fromB, int toB, int accountNr, long int value); +void checkAssets(void); + +//****************************************************************************** + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/main.c b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/main.c new file mode 100644 index 0000000..4efe5c6 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/main.c @@ -0,0 +1,93 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: main.c +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** + +#include +#include +#include + +#include "banking.h" +#include "mtimer.h" +#include "mrandom.h" + +//****************************************************************************** +// constant values + +#define MAX_THREADS 16 +#define NUM_THREADS 4 + +#define TRANSFERS (16*1024*1024) +#define ACCOUNTS (2048) +#define BRANCHES (128) + +//****************************************************************************** +// globals + +int nThreads; + +//****************************************************************************** +// pusher + +void *pusher(void *arg) { + int idx = (int)(long)(arg); + mrand_t rand; + unsigned int seed = 17*idx; + mrandInit(seed, &rand); + int account, from, to, val; + int count = TRANSFERS / nThreads; + for (int i = 0; i < count; i++) { + account = (int)(mrandUInt(&rand) % ACCOUNTS); + from = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + to = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + val = (int)(mrandRange(1000, 100000, &rand)); + val = withdraw(from, account, val); + if (val > 0) + deposit(to, account, val); + } +} + +//****************************************************************************** +// main program + +int main(int argc, char *argv[]) { + + gtimer_t timer; + mrand_t ranvar; + long assets; + + // thread id's + pthread_t th[MAX_THREADS]; + + // get number of threads or default + if (argc > 1) + nThreads = atoi(argv[1]); + else + nThreads = NUM_THREADS; + nThreads = (nThreads > MAX_THREADS) ? MAX_THREADS : nThreads; + + mrandInit((MAX_THREADS + 1)*333, &ranvar); + + printf("\nRunning %d threads\n", nThreads); + makeBank(BRANCHES, ACCOUNTS); + for (int i = 0; i < ACCOUNTS; i++) + deposit(0, i, mrandRange(10, 1000*1000, &ranvar)); + checkAssets(); + + startGTimer(timer); + // create threads and pass thread number + for (long i = 0; i < nThreads; i++) + pthread_create(&th[i], NULL, pusher, (void *)i); + // wait for threads to terminate + for (int i = 0; i < nThreads; i++) + pthread_join(th[i], NULL); + stopGTimer(timer); + + checkAssets(); + printGTime(timer); +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/makefile b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/makefile new file mode 100644 index 0000000..889b1e5 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/makefile @@ -0,0 +1,32 @@ +# --------------------------------------------------------------------------- +# Makefile +# Course: BSy +# Date: M. Thaler, 1/2016 +# File: makefile +# Version: v.fs20 +# --------------------------------------------------------------------------- +#macros + +CC = gcc +CFLGS = -std=gnu99 +LIBS = -pthread +OFILES = main.o banking.o +HFILES = banking.h + +main: $(OFILES) $(HFILES) + $(CC) $(CFLGS) $(LIBS) $(OFILES) -o $@.e + +.c.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +.cc.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +clean: + rm -f *.o *.e + @echo "directory cleaned" + +all: + @rm -f *.o + make --no-print-directory main +#----------------------------------------------------------------------------- diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/mrandom.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/mrandom.h new file mode 100644 index 0000000..3d91f4d --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/mrandom.h @@ -0,0 +1,74 @@ +#ifndef MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS +#define MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS + +#include +#include + +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: mrandom.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: thread safe random functions (reentrant) +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// date type: mrand_t +// +// functions: +// - void mrandInit(mrand_t *mrt) -> initialize with fixed seed +// - unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) -> unsigned random number +// - unsigned int mrandRange(int low, int high, mrand_t *mrt) +// -> random number within range +// +/******************************************************************************/ +// constanst for ecuyer generator: length approx 8 x 10^12 + +#define M1 2147483563 +#define M2 2147483399 +#define A1 40014 +#define A2 40692 +#define Q1 53668 +#define Q2 52774 +#define R1 12211 +#define R2 3791 +#define MRAND_MAX M1-1 + +/******************************************************************************/ +typedef struct mrand_t { unsigned int s1; \ + unsigned int s2; } mrand_t; + +void mrandInit(unsigned int seed, mrand_t *mrt) { + mrt->s1 = 33777 + seed * 777; + mrt->s2 = 9777572 + seed * 33775; +} + +unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + return rv; +} + +double mrandDouble(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + double dv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + dv = (double)rv / ((double)(M1-1)); + return dv; +} + +unsigned int mrandRange(unsigned int low, unsigned int high, mrand_t *mrt) { + assert(low <= high); + double drv = mrandDouble(mrt); + unsigned int av = (unsigned int)(drv * (double)(high-low) + 0.5); + return low + av; +} + +/******************************************************************************/ +#endif diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/mtimer.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/mtimer.h new file mode 100644 index 0000000..63aa950 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/mtimer.h @@ -0,0 +1,42 @@ +#ifndef TIMER_MACRO_DEFINITIONS +#define TIMER_MACRO_DEFINITIONS + +/******************************************************************************/ +// Course: BSy +// File: mtimer.h +// Purpose: timer functions gettimeofday() +// Author: M. Thaler, ZHAW, 1/2016 +// Version: v.fs20 +/******************************************************************************/ +// gettimeofday() +// function: elapsed time: between start and stop +// data type: gtimer_t +// functions: startGTimer(gtimer_t tdata) -> start timer +// stopGTimer(gtimer_t tdata) -> stop timer +// double getWallGTime(gtimer_t tdata) -> get time in s +// printGTime(X) -> print time in s +// +// -> see also "man gettimeofday" +/******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include + + +/******************************************************************************/ + +typedef struct gtimer_t { struct timeval sT; \ + struct timeval eT; } gtimer_t; + +#define startGTimer(X) gettimeofday(&X.sT, NULL) +#define stopGTimer(X) gettimeofday(&X.eT, NULL) +#define getGTime(X) ((double)(X.eT.tv_sec) - (double)(X.sT.tv_sec)) +\ + ((double)X.eT.tv_usec - (double)X.sT.tv_usec)/1e6 +#define printGTime(X) printf("Run time %3.2lfs\n", getGTime(X)) + +/******************************************************************************/ + +#endif + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/startApp b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/startApp new file mode 100644 index 0000000..211c509 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a1/startApp @@ -0,0 +1,4 @@ +#!/bin/bash +./main.e 1 +./main.e 2 +./main.e 4 diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/banking.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/banking.h new file mode 100644 index 0000000..1b8ea98 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/banking.h @@ -0,0 +1,19 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: banking.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// banking functions + +void makeBank(int num_branches, int num_accounts); +void deleteBank(void); + +long int withdraw(int branchNr, int accountNr, long int value) ; +void deposit(int branchNr, int accountNr, long int value); +void transfer(int fromB, int toB, int accountNr, long int value); +void checkAssets(void); + +//****************************************************************************** + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/main.c b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/main.c new file mode 100644 index 0000000..a7645e5 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/main.c @@ -0,0 +1,92 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: main.c +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** + +#include +#include +#include + +#include "banking.h" +#include "mtimer.h" +#include "mrandom.h" + +//****************************************************************************** +// constant values + +#define MAX_THREADS 16 +#define NUM_THREADS 4 + +#define TRANSFERS (16*1024*1024) +#define ACCOUNTS (2048) +#define BRANCHES (128) + +//****************************************************************************** +// globals + +int nThreads; + +//****************************************************************************** +// pusher + +void *pusher(void *arg) { + int idx = (int)(long)(arg); + mrand_t rand; + unsigned int seed = 17*idx; + mrandInit(seed, &rand); + int account, from, to, val; + int count = TRANSFERS / nThreads; + for (int i = 0; i < count; i++) { + account = (int)(mrandUInt(&rand) % ACCOUNTS); + from = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + to = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + val = (int)(mrandRange(1000, 100000, &rand)); + val = withdraw(from, account, val); + deposit(to, account, val); + } +} + +//****************************************************************************** +// main program + +int main(int argc, char *argv[]) { + + gtimer_t timer; + mrand_t ranvar; + long assets; + + // thread id's + pthread_t th[MAX_THREADS]; + + // get number of threads or default + if (argc > 1) + nThreads = atoi(argv[1]); + else + nThreads = NUM_THREADS; + nThreads = (nThreads > MAX_THREADS) ? MAX_THREADS : nThreads; + + mrandInit((MAX_THREADS + 1)*333, &ranvar); + + printf("\nRunning %d threads\n", nThreads); + makeBank(BRANCHES, ACCOUNTS); + for (int i = 0; i < ACCOUNTS; i++) + deposit(0, i, mrandRange(10, 1000*1000, &ranvar)); + checkAssets(); + + startGTimer(timer); + // create threads and pass thread number + for (long i = 0; i < nThreads; i++) + pthread_create(&th[i], NULL, pusher, (void *)i); + // wait for threads to terminate + for (int i = 0; i < nThreads; i++) + pthread_join(th[i], NULL); + stopGTimer(timer); + + checkAssets(); + printGTime(timer); +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/makefile b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/makefile new file mode 100644 index 0000000..889b1e5 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/makefile @@ -0,0 +1,32 @@ +# --------------------------------------------------------------------------- +# Makefile +# Course: BSy +# Date: M. Thaler, 1/2016 +# File: makefile +# Version: v.fs20 +# --------------------------------------------------------------------------- +#macros + +CC = gcc +CFLGS = -std=gnu99 +LIBS = -pthread +OFILES = main.o banking.o +HFILES = banking.h + +main: $(OFILES) $(HFILES) + $(CC) $(CFLGS) $(LIBS) $(OFILES) -o $@.e + +.c.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +.cc.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +clean: + rm -f *.o *.e + @echo "directory cleaned" + +all: + @rm -f *.o + make --no-print-directory main +#----------------------------------------------------------------------------- diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/mrandom.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/mrandom.h new file mode 100644 index 0000000..3d91f4d --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/mrandom.h @@ -0,0 +1,74 @@ +#ifndef MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS +#define MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS + +#include +#include + +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: mrandom.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: thread safe random functions (reentrant) +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// date type: mrand_t +// +// functions: +// - void mrandInit(mrand_t *mrt) -> initialize with fixed seed +// - unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) -> unsigned random number +// - unsigned int mrandRange(int low, int high, mrand_t *mrt) +// -> random number within range +// +/******************************************************************************/ +// constanst for ecuyer generator: length approx 8 x 10^12 + +#define M1 2147483563 +#define M2 2147483399 +#define A1 40014 +#define A2 40692 +#define Q1 53668 +#define Q2 52774 +#define R1 12211 +#define R2 3791 +#define MRAND_MAX M1-1 + +/******************************************************************************/ +typedef struct mrand_t { unsigned int s1; \ + unsigned int s2; } mrand_t; + +void mrandInit(unsigned int seed, mrand_t *mrt) { + mrt->s1 = 33777 + seed * 777; + mrt->s2 = 9777572 + seed * 33775; +} + +unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + return rv; +} + +double mrandDouble(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + double dv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + dv = (double)rv / ((double)(M1-1)); + return dv; +} + +unsigned int mrandRange(unsigned int low, unsigned int high, mrand_t *mrt) { + assert(low <= high); + double drv = mrandDouble(mrt); + unsigned int av = (unsigned int)(drv * (double)(high-low) + 0.5); + return low + av; +} + +/******************************************************************************/ +#endif diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/mtimer.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/mtimer.h new file mode 100644 index 0000000..63aa950 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/mtimer.h @@ -0,0 +1,42 @@ +#ifndef TIMER_MACRO_DEFINITIONS +#define TIMER_MACRO_DEFINITIONS + +/******************************************************************************/ +// Course: BSy +// File: mtimer.h +// Purpose: timer functions gettimeofday() +// Author: M. Thaler, ZHAW, 1/2016 +// Version: v.fs20 +/******************************************************************************/ +// gettimeofday() +// function: elapsed time: between start and stop +// data type: gtimer_t +// functions: startGTimer(gtimer_t tdata) -> start timer +// stopGTimer(gtimer_t tdata) -> stop timer +// double getWallGTime(gtimer_t tdata) -> get time in s +// printGTime(X) -> print time in s +// +// -> see also "man gettimeofday" +/******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include + + +/******************************************************************************/ + +typedef struct gtimer_t { struct timeval sT; \ + struct timeval eT; } gtimer_t; + +#define startGTimer(X) gettimeofday(&X.sT, NULL) +#define stopGTimer(X) gettimeofday(&X.eT, NULL) +#define getGTime(X) ((double)(X.eT.tv_sec) - (double)(X.sT.tv_sec)) +\ + ((double)X.eT.tv_usec - (double)X.sT.tv_usec)/1e6 +#define printGTime(X) printf("Run time %3.2lfs\n", getGTime(X)) + +/******************************************************************************/ + +#endif + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/startApp b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/startApp new file mode 100644 index 0000000..211c509 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a2/startApp @@ -0,0 +1,4 @@ +#!/bin/bash +./main.e 1 +./main.e 2 +./main.e 4 diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/banking.c b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/banking.c new file mode 100644 index 0000000..7e4434c --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/banking.c @@ -0,0 +1,127 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: banking.c +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** + +#include +#include +#include +#include + +#include "banking.h" + +//****************************************************************************** + +typedef struct account_struct_ { + long int balance; + pthread_mutex_t acntLock; +} Account; + +typedef struct branch_struct { + Account *accounts; + pthread_mutex_t branchLock; +} Branch; + +//****************************************************************************** + +static Branch *bank; +static int nBranches, nAccounts; + +//****************************************************************************** +// banking functions + +void makeBank(int num_branches, int num_accounts) { + nBranches = num_branches; + nAccounts = num_accounts; + bank = (Branch *)malloc(nBranches * sizeof(Branch)); + + pthread_mutexattr_t attr; + pthread_mutexattr_init(&attr); + //pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP); + + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + bank[i].accounts = (Account *)malloc(nAccounts * sizeof(Account)); + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + pthread_mutex_init(&bank[i].accounts[j].acntLock, NULL); + bank[i].accounts[j].balance = 0; + } + } +} + +void deletebank(void) { + for (int i = 0; i < nBranches; i++) + free(bank[i].accounts); + free(bank); + nBranches = nAccounts = 0; +} + +long int withdraw(int branchNr, int accountNr, long int value) { + int rv, tmp; + rv = 0; + tmp = bank[branchNr].accounts[accountNr].balance - value; + if (tmp >= 0) { + bank[branchNr].accounts[accountNr].balance = tmp; + rv = value; + }; + return rv; +} + +void deposit(int branchNr, int accountNr, long int value) { + bank[branchNr].accounts[accountNr].balance += value; +} + +void transfer(int fromB, int toB, int accountNr, long int value) { + int money = withdraw(fromB, accountNr, value); + deposit(toB, accountNr, money); +} + +void checkAssets(void) { + static long assets = 0; + long int sum = 0; + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + sum += (long int)bank[i].accounts[j].balance; + } + } + if (assets == 0) { + assets = sum; + printf("Balance of accounts is: %ld\n", sum); + } + else { + if (sum != assets) { + printf("Balance of accounts is: %ld ... not correct\n", sum); + } + else + printf("Balance of accounts is: %ld ... correct\n", assets); + } +} + +int checkIBC(void) { + static long ibcError = 0; + long sum = 0; + + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + pthread_mutex_lock(&bank[i].branchLock); + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + pthread_mutex_lock(&bank[i].accounts[j].acntLock); + } + } + for (int i = 0; i < nBranches; i++) { + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + sum += (long)bank[i].accounts[j].balance; + } + } + for (int i = nBranches - 1; i >= 0; i--) { + pthread_mutex_unlock(&bank[i].branchLock); + for (int j = 0; j < nAccounts; j++) { + pthread_mutex_unlock(&bank[i].accounts[j].acntLock); + } + } + if (ibcError == 0) ibcError = sum; + return (ibcError != sum); +} +//****************************************************************************** + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/banking.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/banking.h new file mode 100644 index 0000000..e8a4017 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/banking.h @@ -0,0 +1,20 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: banking.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// banking functions + +void makeBank(int num_branches, int num_accounts); +void deleteBank(void); + +long withdraw(int branch, int account, long int value) ; +void deposit(int branch, int account, long int value); +void transfer(int fromB, int toB, int account, long int value); +void checkAssets(void); +int checkIBC(void); + +//****************************************************************************** + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/main.c b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/main.c new file mode 100644 index 0000000..623de36 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/main.c @@ -0,0 +1,107 @@ +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: main.c +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: locking mechanisms +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** + +#include +#include +#include + +#include "banking.h" +#include "mtimer.h" +#include "mrandom.h" + +//****************************************************************************** +// constant values + +#define MAX_THREADS 16 +#define NUM_THREADS 5 + +#define TRANSFERS (16*1024*1024L) +#define ACCOUNTS (2048) +#define BRANCHES (128) + +//****************************************************************************** +// globals + +int nThreads; +int ibc = 0; + +//****************************************************************************** +// customers + +void *pusher(void *arg) { + int idx = (int)(long)(arg); + mrand_t rand; + unsigned int seed = 17*idx; + mrandInit(seed, &rand); + int account, from, to, val; + int count = TRANSFERS / nThreads; + for (int i = 0; i < count; i++) { + account = (int)(mrandUInt(&rand) % ACCOUNTS); + from = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + to = (int)(mrandUInt(&rand) % BRANCHES); + val = (int)(mrandRange(1000, 100000, &rand)); + transfer(from, to, account, val); + } +} + +void *checker(void *arg) { + for (int i = 0; i < 1000; i = i) { + ibc += checkIBC(); + usleep(100*1000); + } +} + +//****************************************************************************** +// main program + +int main(int argc, char *argv[]) { + + gtimer_t timer; + mrand_t ranvar; + long assets; + + // thread id's + pthread_t th[MAX_THREADS]; + + // get number of threads or default + if (argc > 1) + nThreads = atoi(argv[1]); + else + nThreads = NUM_THREADS; + nThreads = (nThreads > MAX_THREADS) ? MAX_THREADS : nThreads; + + mrandInit((MAX_THREADS + 1)*333, &ranvar); + + printf("\nRunning %d threads\n", nThreads); + makeBank(BRANCHES, ACCOUNTS); + for (int i = 0; i < ACCOUNTS; i++) + deposit(0, i, mrandRange(10, 1000*1000, &ranvar)); + checkAssets(); + + startGTimer(timer); + // create threads and pass thread number + pthread_create(&th[0], NULL, checker, (void *)0); + sleep(1); + for (long i = 1; i < nThreads; i++) + pthread_create(&th[i], NULL, pusher, (void *)i); + // wait for threads to terminate + for (int i = 1; i < nThreads; i++) + pthread_join(th[i], NULL); + stopGTimer(timer); + + checkAssets(); + printGTime(timer); + + if (ibc) + printf("\n\033[41mYou do not comply with the IBC rules \033[0m\n\n"); + else + printf("\n\033[42mYou do comply with the IBC rules \033[0m\n\n"); + +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/makefile b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/makefile new file mode 100644 index 0000000..889b1e5 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/makefile @@ -0,0 +1,32 @@ +# --------------------------------------------------------------------------- +# Makefile +# Course: BSy +# Date: M. Thaler, 1/2016 +# File: makefile +# Version: v.fs20 +# --------------------------------------------------------------------------- +#macros + +CC = gcc +CFLGS = -std=gnu99 +LIBS = -pthread +OFILES = main.o banking.o +HFILES = banking.h + +main: $(OFILES) $(HFILES) + $(CC) $(CFLGS) $(LIBS) $(OFILES) -o $@.e + +.c.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +.cc.o: + $(CC) $(CFLGS) -c $< + +clean: + rm -f *.o *.e + @echo "directory cleaned" + +all: + @rm -f *.o + make --no-print-directory main +#----------------------------------------------------------------------------- diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/mrandom.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/mrandom.h new file mode 100644 index 0000000..3d91f4d --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/mrandom.h @@ -0,0 +1,74 @@ +#ifndef MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS +#define MY_RANDOMGENERATOR_DEFINITIONS + +#include +#include + +//****************************************************************************** +// Course: BSy +// File: mrandom.h +// Author: M. Thaler, ZHAW +// Purpose: thread safe random functions (reentrant) +// Version: v.fs20 +//****************************************************************************** +// date type: mrand_t +// +// functions: +// - void mrandInit(mrand_t *mrt) -> initialize with fixed seed +// - unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) -> unsigned random number +// - unsigned int mrandRange(int low, int high, mrand_t *mrt) +// -> random number within range +// +/******************************************************************************/ +// constanst for ecuyer generator: length approx 8 x 10^12 + +#define M1 2147483563 +#define M2 2147483399 +#define A1 40014 +#define A2 40692 +#define Q1 53668 +#define Q2 52774 +#define R1 12211 +#define R2 3791 +#define MRAND_MAX M1-1 + +/******************************************************************************/ +typedef struct mrand_t { unsigned int s1; \ + unsigned int s2; } mrand_t; + +void mrandInit(unsigned int seed, mrand_t *mrt) { + mrt->s1 = 33777 + seed * 777; + mrt->s2 = 9777572 + seed * 33775; +} + +unsigned int mrandUInt(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + return rv; +} + +double mrandDouble(mrand_t *mrt) { + unsigned int rv; + double dv; + mrt->s1 = A1 * (mrt->s1 % Q1) - mrt->s1 * (mrt->s1/Q1); + if (mrt->s1 <= 0) mrt->s1 += M1; + mrt->s2 = A2 * (mrt->s2 % Q2) - mrt->s2 * (mrt->s2/Q2); + if (mrt->s2 <= 0) mrt->s2 += M2; + rv = (mrt->s1 + mrt->s2) % M1; + dv = (double)rv / ((double)(M1-1)); + return dv; +} + +unsigned int mrandRange(unsigned int low, unsigned int high, mrand_t *mrt) { + assert(low <= high); + double drv = mrandDouble(mrt); + unsigned int av = (unsigned int)(drv * (double)(high-low) + 0.5); + return low + av; +} + +/******************************************************************************/ +#endif diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/mtimer.h b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/mtimer.h new file mode 100644 index 0000000..63aa950 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/mtimer.h @@ -0,0 +1,42 @@ +#ifndef TIMER_MACRO_DEFINITIONS +#define TIMER_MACRO_DEFINITIONS + +/******************************************************************************/ +// Course: BSy +// File: mtimer.h +// Purpose: timer functions gettimeofday() +// Author: M. Thaler, ZHAW, 1/2016 +// Version: v.fs20 +/******************************************************************************/ +// gettimeofday() +// function: elapsed time: between start and stop +// data type: gtimer_t +// functions: startGTimer(gtimer_t tdata) -> start timer +// stopGTimer(gtimer_t tdata) -> stop timer +// double getWallGTime(gtimer_t tdata) -> get time in s +// printGTime(X) -> print time in s +// +// -> see also "man gettimeofday" +/******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include + + +/******************************************************************************/ + +typedef struct gtimer_t { struct timeval sT; \ + struct timeval eT; } gtimer_t; + +#define startGTimer(X) gettimeofday(&X.sT, NULL) +#define stopGTimer(X) gettimeofday(&X.eT, NULL) +#define getGTime(X) ((double)(X.eT.tv_sec) - (double)(X.sT.tv_sec)) +\ + ((double)X.eT.tv_usec - (double)X.sT.tv_usec)/1e6 +#define printGTime(X) printf("Run time %3.2lfs\n", getGTime(X)) + +/******************************************************************************/ + +#endif + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/startApp b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/startApp new file mode 100644 index 0000000..211c509 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/banking/a3/startApp @@ -0,0 +1,4 @@ +#!/bin/bash +./main.e 1 +./main.e 2 +./main.e 4 diff --git a/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/coffeeTeller.c b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/coffeeTeller.c new file mode 100644 index 0000000..4b96adb --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/coffeeTeller.c @@ -0,0 +1,46 @@ +/******************************************************************************* +* File: coffeTeller.c +* Purpose: simple sequence with semaphores +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include + +#include +#include +#include + +#include "commonDefs.h" + +//****************************************************************************** + +int main(void) { + + int i; + sem_t *coin, *coffee, *ready; + + // set up a semaphore + coin = sem_open(COIN_SEMAPHOR, 0); + coffee = sem_open(COFFEE_SEMAPHOR, 0); + ready = sem_open(READY_SEMAPHOR, 0); + + // start teller machine + printf("\nCoffee teller machine starting\n\n"); + + i = 0; + while (i < ITERS) { + printf("teller (%d): waiting for coin\n", i); + printf(" (%d): got coin\n", i); + printf(" (%d): dispense coffee\n", i); + i++; + } +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/commonDefs.h b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/commonDefs.h new file mode 100644 index 0000000..bf53a72 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/commonDefs.h @@ -0,0 +1,30 @@ +#ifndef MY_DEFINITIONS_HEADER +#define MY_DEFINITIONS_HEADER + +/******************************************************************************* +* File: commonDefs.h +* Purpose: common definitions +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013, 4/2014 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#define MYTURN_SEMAPHOR "/my_semaphor_1_name_simple_seq" +#define COIN_SEMAPHOR "/my_semaphor_2_name_simple_seq" +#define COFFEE_SEMAPHOR "/my_semaphor_3_name_simple_seq" +#define READY_SEMAPHOR "/my_semaphor_4_name_simple_seq" + +#define ITERS (100*1000*1000) +#define CUSTOMERS 4 + +//****************************************************************************** + +#define checkSem(X) {if (X == SEM_FAILED) {perror("sem_open"); exit(-1);}} + +#define drinkingCoffee(X) {usleep((((1+X)*rand())+100000)&0xFFFFF);} + +//****************************************************************************** + +#endif + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/customer.c b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/customer.c new file mode 100644 index 0000000..a4609e5 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/customer.c @@ -0,0 +1,50 @@ +/******************************************************************************* +* File: customer.c +* Purpose: simple sequence with semaphores +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include + +#include +#include +#include + +#include "commonDefs.h" + +//****************************************************************************** + +int main(int argc, char *argv[]) { + + int i, myID; + sem_t *myTurn, *coin, *coffee, *ready; + + if (argc > 1) + myID = atoi(argv[1]); + else + myID = 0; + + // set up a semaphore + myTurn = sem_open(MYTURN_SEMAPHOR, 0); + coin = sem_open(COIN_SEMAPHOR, 0); + coffee = sem_open(COFFEE_SEMAPHOR, 0); + ready = sem_open(READY_SEMAPHOR, 0); + + // start customer + printf("Customer starting (%d)\n", myID); + + // now check the sum + for (i = 0; i < ITERS; i++) { + printf("\t\t\t\tcustomer(%d) put coin %d\n", myID, i); + printf("\t\t\t\tcustomer(%d) waiting for coffee %d\n", myID, i); + printf("\t\t\t\tcustomer(%d) got coffee %d\n", myID, i); + drinkingCoffee(myID); + } +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/makefile b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/makefile new file mode 100644 index 0000000..4b2726a --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/makefile @@ -0,0 +1,40 @@ +# Author M. Thaler InIT/ZHAW +# Version v.fs20 + +CMP= gcc -std=gnu99 +CMPFLAGS= -Wall -g +LIB= -pthread +EXENAME0= startApp.e +EXENAME1= coffeeTeller.e +EXENAME2= customer.e + +doit: + @make --no-print-directory clean + @make --no-print-directory startApp + @make --no-print-directory coffeeTeller + @make --no-print-directory customer + +startApp: startApp.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) startApp.o $(LIB) -o $(EXENAME0) + +coffeeTeller: coffeeTeller.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) coffeeTeller.o $(LIB) -o $(EXENAME1) + +customer: customer.o + $(CMP) $(CMPFLAGS) customer.o $(LIB) -o $(EXENAME2) + +.c.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +all: + @make clean + make doit + +clean: + @rm -f *.e *.o + +purge: + @make clean diff --git a/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/startApp.c b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/startApp.c new file mode 100644 index 0000000..06717b6 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/basicSequence/startApp.c @@ -0,0 +1,72 @@ +/******************************************************************************* +* File: startApp.c +* Purpose: ice cream teller, basic sequence +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012, 7/2013 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include + +#include +#include +#include + +#include "commonDefs.h" + +//****************************************************************************** + +int main(void) { + + int j; + char string[8]; + sem_t *myTurn, *coin, *coffee, *ready; + pid_t tellerPID; + + sem_unlink(MYTURN_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + sem_unlink(COIN_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + sem_unlink(COFFEE_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + sem_unlink(READY_SEMAPHOR); // delete seamphor if it still exists + + // set up a semaphore (? -> initial value of semaphor) + // checkSem() -> macro defined in commonDefs.h + + /* + myTurn = sem_open(MYTURN_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(myTurn); + coin = sem_open(COIN_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(coin); + coffee = sem_open(COFFEE_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(coffee); + ready = sem_open(READY_SEMAPHOR, O_CREAT, 0700, ?); checkSem(ready); + */ + + // now that the resources are set up, the supervisor can be started + for (j = 1; j <= CUSTOMERS; j++) { + if (fork() == 0) { + sprintf(string, "%d", j); + execl("./customer.e", "customer.e", string, NULL); + printf("*** could not start customer.e ***\n"); + } + } + + if ((tellerPID = fork()) == 0) { + execl("./coffeeTeller.e", "coffeeTeller.e", "0", NULL); + printf("*** could not start coffeTeller ***\n"); + } + + waitpid(tellerPID, NULL, 0); + system("killall coffeeTeller.e"); + system("killall customer.e"); // kill all customers + + // clean up resources + sem_unlink(MYTURN_SEMAPHOR); + sem_unlink(COIN_SEMAPHOR); + sem_unlink(COFFEE_SEMAPHOR); + sem_unlink(READY_SEMAPHOR); + printf("\n"); +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/multiCPUs b/P08_Sync/work/Sync/multiCPUs new file mode 100644 index 0000000..f7cd5bc --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/multiCPUs @@ -0,0 +1,56 @@ +#!/bin/bash +#****************************************************************************** +# Purpose: turn off all CPU's but one (CPU 0), turn on all CPU's +# Linux only +# Author: M. Thaler, BSy 4/2014 + +# Usage: multiCPUs off: turn off all CPUs but one +# multiCPUs on: turn all CPUs on +# +# Version: v.fs20 +#****************************************************************************** + +theDir="/sys/devices/system/cpu" + +# check if sys exists +if test ! -d $theDir +then + echo "*** cannot set to single CPU ***" + exit 1 +fi + +# figure out what to do: multi CPUs off (single CPU) or all CPU's on +let status=1 +if test "$1" = "on" +then + let status=1 +else + if test "$1" = "off" + then + let status=0 + else + echo "*** what do you want: ... on or off? ***" + exit 1 + fi +fi + +# turn CPU's on or off + +cd $theDir + +CPUs=`ls -d cpu* | grep 'cpu[0-9][0-9]*'` +for CPU in $CPUs +do + if test ! "$CPU" = "cpu0" + then + echo "$CPU on = $status" + currVal=`cat ./$CPU/online` + # only change if different ... avoid error message + if test ! "$currVal" = "$status" + then + echo "$status" > "./$CPU/online" + fi + fi +done + +#****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/README_MAC_OSX b/P08_Sync/work/Sync/mutex/README_MAC_OSX new file mode 100644 index 0000000..fdf5c02 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/README_MAC_OSX @@ -0,0 +1,7 @@ +For Mac users + +"pthread_mutex_lock(&lock)" is slow on MACs compared to Linux: + +use instead: "while (pthread_mutex_trylock(&lock) > 0) {} ;" + +which implements a spin lock diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/coffeeTeller.c b/P08_Sync/work/Sync/mutex/coffeeTeller.c new file mode 100644 index 0000000..818fdcf --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/coffeeTeller.c @@ -0,0 +1,46 @@ +/******************************************************************************* +* File: coffeTeller.c +* Purpose: coffe teller with pthreads +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include + +#include + +#include "commonDefs.h" + +//****************************************************************************** + +void *coffeeTeller(void* data) { + + int i; + cData *cD = (cData *) data; + + // now start selling coffee + printf("\nCoffee teller machine starting\n\n"); + + i = 0; + while (i < ITERATIONS) { + if (cD->coinCount != cD->selCount1 + cD->selCount2) { + printf("error c = %5d s1 =%6d s2 =%6d diff: %4d\ti = %d\n", + cD->coinCount, cD->selCount1, cD->selCount2, + cD->coinCount - cD->selCount1 - cD->selCount2, + i); + cD->coinCount = 0; + cD->selCount1 = cD->selCount2 = 0; + } + if (i%1000000 == 0) printf("working %d\n", i); + i++; + } + pthread_exit(0); +} + +//****************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/coffeeTeller.h b/P08_Sync/work/Sync/mutex/coffeeTeller.h new file mode 100644 index 0000000..3cf9274 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/coffeeTeller.h @@ -0,0 +1,17 @@ +#ifndef MY_DEFINITIONS_TELLER_H +#define MY_DEFINITIONS_TELLER_H + +/******************************************************************************* +* File: coffeTeller.h +* Purpose: coffe teller with pthreads +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +void *coffeeTeller(void* data); + +//****************************************************************************** + +#endif diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/commonDefs.h b/P08_Sync/work/Sync/mutex/commonDefs.h new file mode 100644 index 0000000..074dc86 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/commonDefs.h @@ -0,0 +1,32 @@ +#ifndef MY_DEFINITIONS_HEADER +#define MY_DEFINITIONS_HEADER + +/******************************************************************************* +* File: commonDefs.h +* Purpose: header file for common definitions +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#define ITERATIONS (100*1000*1000) + +//****************************************************************************** + +#define CUSTOMERS 4 // number of customers to be started + +//****************************************************************************** +// common data + +typedef struct { + int coinCount; // number of paid coffees + int selCount1; // number of chosen coffees of type 1 + int selCount2; // number of chosen coffees of type 2 + pthread_mutex_t lock; // common lock +} cData; + +//****************************************************************************** + +#endif + diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/customer.c b/P08_Sync/work/Sync/mutex/customer.c new file mode 100644 index 0000000..f340905 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/customer.c @@ -0,0 +1,44 @@ +/******************************************************************************* +* File: customer.c +* Purpose: customer thread +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include + +#include + +#include "commonDefs.h" +#include "mrand.h" + +//***************************************************************************** + +void *customer(void* data) { + float ranNum; + int i; + rand_t randnum; + + cData *cD = (cData *) data; + + rand_seed(&randnum, 0); + + // put coin and select coffee + for (i = 0; i < ITERATIONS; i++) { + ranNum = rand_float(&randnum); + cD->coinCount += 1; + if (ranNum < 0.5) + cD->selCount1 += 1; + else + cD->selCount2 += 1; + } + + pthread_exit(0); +} + +//***************************************************************************** diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/customer.h b/P08_Sync/work/Sync/mutex/customer.h new file mode 100644 index 0000000..58a2298 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/customer.h @@ -0,0 +1,16 @@ +#ifndef MY_DEFINITIONS_CUSTOMER_H +#define MY_DEFINITIONS_CUSTOMER_H + +/******************************************************************************* +* File: customer.h +* Purpose: customer thread +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +void *customer(void* data); + +//****************************************************************************** +#endif diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/makefile b/P08_Sync/work/Sync/mutex/makefile new file mode 100644 index 0000000..744e460 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/makefile @@ -0,0 +1,33 @@ +# Author M. Thaler +# Version v.fs20 + +CMP= gcc -std=gnu99 +CMPFLAGS= -Wall -g +LIB= -pthread +EXENAME1= startApp.e + +INCLS= commonDefs.h +FILES= startApp.o coffeeTeller.o customer.o + +doit: + @make --no-print-directory clean + @make --no-print-directory coffeeTeller + +coffeeTeller: $(FILES) + $(CMP) $(CMPFLAGS) $(FILES) $(LIB) -o $(EXENAME1) + +.c.o: $(INCLS) + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +.cc.o: $(INCLS) + $(CMP) -c $(CMPFLAGS) $< + +all: + @make clean + make doit + +clean: + @rm -f *.e *.o + +purge: + @make clean diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/mrand.h b/P08_Sync/work/Sync/mutex/mrand.h new file mode 100644 index 0000000..0535f7f --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/mrand.h @@ -0,0 +1,102 @@ +#ifndef MY_THREADSAVE_RANDOM_GENERATOR +#define MY_THREADSAVE_RANDOM_GENERATOR + +/****************************************************************************** +* File: mrand.h +* Purpose: simple portable thread save random generator +* ccording to Schrage +* Author: M. Thaler, 5/2012, BSy +* Version: v.fs20 +******************************************************************************/ + +#include + +//****************************************************************************** + +#define MMM_MR 2147483563 +#define AAA_MR 40014 +#define QQQ_MR 53668 +#define RRR_MR 12211 + +#define MRAND_MAX (MMM_MR-1) + +//****************************************************************************** + +typedef int rand_t; + +// seed ------------------------------------------------------------------------ + +void rand_seed(rand_t *srand, int seed) { + struct timeval prandom_seed; + gettimeofday(&prandom_seed, NULL); + if (seed > 0) + *srand = seed; + else + *srand = (prandom_seed.tv_usec); + +} + +// integer random value ------------------------------------------------------- +// range 0 .. MRAND_MAX (inclusive) + +int rand_int(rand_t *srand) { + int nx; + nx = AAA_MR * (*srand % QQQ_MR) - RRR_MR * (*srand / QQQ_MR); + *srand = (nx > 0) ? nx : nx + MMM_MR; + return (*srand); +} + +// float random value --------------------------------------------------------- +// range 0.0 .. 1.0 (inclusive) + +float rand_float(rand_t *srand) { + float fx; + *srand = rand_int(srand); + fx = (float)(*srand) / ((float)MRAND_MAX); + return (fx); +} + +// double random value -------------------------------------------------------- +// range 0.0 .. 1.0 (inclusive) + +double rand_double(rand_t *srand) { + double fx; + *srand = rand_int(srand); + fx = (double)(*srand) / ((double)MRAND_MAX); + return (fx); +} + +// unsigned int random range -------------------------------------------------- +// range low .. high + +unsigned int rand_range(unsigned int low, unsigned int high, rand_t *srand) { + unsigned int rv; + double prop; + prop = ((double)(high - low)) * rand_double(srand); + rv = low + ((unsigned int) prop); + return(rv); +} + +// unsigned int probability --------------------------------------------------- +// returns 0 or 1 + +unsigned int rand_prob(double prob, rand_t *srand) { + if (rand_double(srand) >= 1.0-prob) + return 1; + else + return 0; +} + +// unsigned int toss coin ----------------------------------------------------- +// returns 0 or 1 + +unsigned int toss_coin(rand_t *srand) { + if (rand_float(srand) >= 0.5) + return 1; + else + return 0; +} + +//****************************************************************************** + +#endif diff --git a/P08_Sync/work/Sync/mutex/startApp.c b/P08_Sync/work/Sync/mutex/startApp.c new file mode 100644 index 0000000..13ef658 --- /dev/null +++ b/P08_Sync/work/Sync/mutex/startApp.c @@ -0,0 +1,59 @@ +/******************************************************************************* +* File: startApp.c +* Purpose: mutex with locks +* Course: bsy +* Author: M. Thaler, 2011 +* Revision: 5/2012 +* Version: v.fs20 +*******************************************************************************/ + +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include + +#include "commonDefs.h" +#include "coffeeTeller.h" +#include "customer.h" + +//****************************************************************************** +// common data + +cData cD; + +//****************************************************************************** + +int main(void) { + + unsigned int j; + int pthr; + + pthread_t tellerThread, customerThreads[CUSTOMERS]; + + cD.coinCount = 0; + cD.selCount1 = 0; + cD.selCount2 = 0; + pthread_mutex_init(&(cD.lock), NULL); + + // start teller and customers now that everything is set up + pthr = pthread_create(&tellerThread, NULL, coffeeTeller, &cD); + assert(pthr == 0); + for (j = 0; j < CUSTOMERS; j++) { + pthr = pthread_create(&(customerThreads[j]), NULL, customer, &cD); + assert(pthr == 0); + } + + // wait for all threads to terminate + pthread_join(tellerThread, NULL); + + for (j = 0; j < CUSTOMERS; j++) { + pthr = pthread_join(customerThreads[j], NULL); + assert(pthr == 0); + } +} + +//******************************************************************************