操作系统B-上机实验-进程.doc

实验二 Linux 进程实验一、 实验内容l 创建进程的系统调用fork（）；l 创建进程的系统调用vfork（）；l 执行新程序的系统调用exec（）；l 等待进程结束的系统调用wait（）或waitpid（）。二、 实验目的熟悉进程的系统调用。三、 实验环境登陆Linux虚拟机，进入Linux shell， 提示符为 $，表示普通用户提示符。四、 实验题目A 【题目】：创建孙子进程forkgrandchild.c【要求】：在读懂fork.c的基础上，创建forkgrandchild.c(forkgrandchild.c创建在用户名（如wc）目录下的process目录下)，所创建的forkgrandchild.c可实现创建孙子进程，并显示孙子进程的pid，其父进程的pid，forkgrandchild.c要求可读性好，用户界面友好。【预备知识】：1. Linux进程状态l 运行状态：程序正在运行或在运行队列中等待运行。l 可中断等待状态：进程正在等待某个事件完成，等待过程可被信号或定时器唤醒。l 不可中断等待状态：进程正在等待某个事件完成，不可被信号或定时器唤醒，必须等待事件的发生，才可唤醒。l 僵死状态：进程已终止，但进程描述符依然存在，直到父进程调动wait()函数后释放。l 停止状态：进程因收到SIGSTOP SIGSTP SIGTIN SIGTOU信号后停止运行或该进程正在被跟踪（调式程序时）。2. ps命令l ps命令可查看进程的当前状态。l 如 ps aux（相关命令参数自学）l 对ps命令结果字符的解释（高优先级进程）、N（低优先级进程）、L（内存锁页，即页不可被换出内存）、s（该进程为会话首进程）、l（多线程进程）、+（进程位于前台进程组）、R（运行状态）、Z（僵死状态）、D（不可中断等待状态）、S（可中断等待状态）、T（停止状态）。3. fork（）函数fork（）是创建一个新进程的唯一方法，子进程可以继承其父进程几乎所有的资源。在命令行下使用man 2 fork 可获得该函数的函数声明。fork（）有两个返回值。成功调用fork后，当前进程实际上已经分裂为两个进程，一个是原来的父进程，另一个是刚刚创建的子进程。父子进程在调用fork地方分开，一个是父进程调用fork的返回值，返回值为刚刚创建的子进程的pid；另一个是子进程中fork函数的返回值，为0。fork返回两次的前提是进程创建成功，若失败返回为-1。用返回值可区分父子进程。fork之后是父还是子进程先运行是不确定的，这取决于内核所使用的调度算法，一般是交替执行，使进程享有同等执行权。fork.c 源代码#include #include #include int main(void) pid_t pid; printf(process creation studyn); pid=fork( ); switch(pid) case 0 : printf(child process is running,curpid is %d,parentpid is %dn,pid,getppid(); break; case -1: printf(process creation failedn); break; default: printf(parent process is running ,childpid is %d,parentpid is %dn,pid ,getpid(); break; exit(0); 【问题】： 1、 解释stdio.h、unistd.h、sys/types.h头文件的作用？2、 getpid()、getppid()、fork()的功能是什么？3、 写出forkgrandchild.c的源代码。1、 stdio.h 标准I/O库；unistd.h 符号常数；sys/types.h 原系统数据类型2、 getpid() 返回当前进程标识；getppid() 返回父进程标识；fork()是创建一个新进程的唯一方法，子进程可以继承其父进程几乎所有的资源。fork（）有两个返回值。成功调用fork后，当前进程实际上已经分裂为两个进程，一个是原来的父进程，另一个是刚刚创建的子进程。3、源代码：#include #include #include int main(void) pid_t p1,p2; printf(process creation studyn); p1=fork( ); switch(p1) case 0 : printf(child process is running,curp1 is %d,parentpid is %dn,p1,getppid(); p2=fork( ); switch(p2) case 0 : printf(grandchild process is running,curp2 is %d,parentpid is %dn,p2,getppid();break; case -1: printf(process creation failedn); break; default: printf(parent process is running ,grandchildpid is %d,parentpid is %dn,p2,getpid(); break; exit(0); break; case -1: printf(process creation failedn); break; default: printf(parent process is running ,childpid is %d,parentpid is %dn,p1,getpid(); break; exit(0); B 【题目】：diffork.c的创建【要求】：上机实现下面diffork.c的运行，体会fork（）和vfork（）的区别。【预备知识】：1、 fork（）和vfork（）的区别l fork（）和vfork（）都是调用一次，返回值两次。l fork（）创建一子进程时，子进程只是完全复制父进程资源，这样得到的子进程独立于父进程，具有良好的并发性，但开销较大，有时是不需要的，比如fork一个进程后，立即调用exec执行另一个应用程序，那么fork过程中子进程对父进程地址空间的复制将是一个多余的过程，而vfork（）创建的子进程共享父进程的地址空间，不拷贝父进程的地址空间，这大大减少了系统开销。l vfork（）保证子进程先运行，当它调用exec（）或exit之后，父进程才可能被调度。diffork.c 源代码#include #include #include int globvar=5;int main(void) pid_t pid; int var=1 , i; printf(fork is diffirent with vforkn); /* pid=fork();*/ pid=vfork(); switch(pid) case 0: i=3; while(i-0) printf(child process is runningn); globvar+; var+; sleep(15); printf(child is globvar=%d,var=%dn,globvar,var); break; case -1: printf(parent creation failedn); exit(0); default : i=5; while(i-0) printf(parent process is runningn); globvar+; var+; sleep(5); printf(parent is globvar=%d,var=%dn,globvar,var); exit(0); 【注意】： 1、 将diffork.c中的sleep（）的参数增大些，使用putty开启另一个会话，登录Linux，在该终端下输入ps aux查看父子进程的信息，特别是状态信息。【问题】：1、 写出输出结果。fork is different with vforkparent process is runningparent process is runningparent process is runningparent process is runningparent process is runningparent is globvar=10,var=6USER PID %MEM VSI RSS TTY STAT START TIME COMMAND115 2538 0.0 1824 248 pts/0 D+ 23:02 0:00 ./diffork115 2539 0.0 1824 248 pts/0 S+ 23:02 0:00 ./diffork C 【题目】：执行新程序的系统调用exec（）【要求】：上机实现下面processimage.c和execve.c的运行，体会执行新程序的系统调用。【预备知识】：1、 使用fork或vfork创建子进程后，子进程通常会调用exec函数来执行另外一个程序，系统调用exec用于执行一个可执行程序以代替当前进程的执行映像。2、 exec调用并没有生成新进程，一个进程一旦调用exec函数，它本身就死亡了。系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新进程分配新的数据段和堆栈段，唯一保留是pid，即，对系统而言，还是同一个进程，不过执行的已经是另一个程序了。3、 exec函数族有6种不同的调用形似，如execv（）、execve（）等，它们声明在unistd.h中。processimage.c 源代码#include #include #include int main(int argc,char * argv,char *environ) int i; printf(i am a process image!n); printf(my pid=%d,parentpid=%dn,getpid(),getppid(); printf(uid=%d,gid=%dn,getuid(),getgid(); for(i=0;iargc;i+) printf(argv%d:%sn,i,argvi);execve.c 源代码#include #include #include int main(int argc,char *argv,char *environ) pid_t pid; int stat_val; printf(exec example!n); pid=fork(); switch(pid) case -1: perror(process creation failedn); exit(1); case 0: printf(child process is runningn); printf(my pid=%d,parentpid=%dn,getpid(),getppid(); printf(uid=%d,gid=%dn,getuid(),getgid(); execve(processimage,argv,environ); printf(process never go to here!n); exit(0); default: printf(parent process is runningn); break; wait(&stat_val); exit(0);【注意】： 1、 理解带参数的main（）函数。2、 在Linux命令行下，使用man execve 获取该函数的帮助。【问题】：1、 先编译链接processimage.c，再编译链接execve.c， 查看运行结果，结果说明了什么？i am a process image! my pid=2951,parentpid=2885uid=115,gid=126argv0:./processimageparent process is runningchild process is runningmy pid=3032,parentpid=3031 uid=115,gid=126i am a process image! my pid=3032,parentpid=3031uid=115,gid=126argv0:./execveexec调用并没有生成新进程，一个进程一旦调用exec函数，它本身就死亡了。系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新进程分配新的数据段和堆栈段，唯一保留是pid，即，对系统而言，还是同一个进程，不过执行的已经是另一个程序了。 D 【题目】：等待进程结束的系统调用wait（）或waitpid（）。【要求】：上机实现下面wait.c的运行，体会等待进程结束wait（）系统调用。【预备知识】：子进程先于父进程终止，而父进程又没有调用wait函数等待子进程结束，子进程进入僵死状态，并会一直保持下去除非重启。子进程进入僵死状态时，内核只保存该进程的一些必要信息以备父进程所需。此时子进程始终占用着资源，同时也减少了系统可创建的最大进程数。如果子进程先于父进程终止，且父进程调用了wait或waitpid函数，则父进程会等待子进程结束，就不会使子进程变为僵尸进程。wait.c 源代码#include #include #include #include int main() pid_t pid; char *msg; int k; int exit_code; printf(study how to get exit coden); pid=fork(); switch(pid) case 0: msg=child process is running; k=5; exit_code=37; break; case -1: perror (process creation failedn); exit(1); default: exit_code=0; break; if (pid!=0) int stat_val; pid_t child_pid; child_pid=wait(&stat_val); printf(child process has exited,pid=%dn,child_pid); if (WIFEXITED(stat_val) printf(child exited with code %dn,WEXITSTATUS(stat_val); else p