操作系统实验2进程管理报告

实验一实验一 进程管理进程管理 一 一 实验目的 实验目的 1 加深对进程概念的理解 明确进程和程序的区别 2 进一步认识并发执行的实质 3 分析进程争用资源的现象 学习解决进程互斥的方法 4 了解 Linux 系统中进程通信的基本原理 二 二 实验预备内容 实验预备内容 1 阅读 Linux 的 sched h 源码文件 加深对进程管理概念的理解 2 阅读 Linux 的 fork 源码文件 分析进程的创建过程 三 三 实验环境说明 实验环境说明 1 此实验采用的是 Win7 32bit 下虚拟机 VMware workstation 10 0 4 build 2249910 2 ubuntu 版本 3 19 0 3 直接编写 c 文件在终端用命令行执行 4 虚拟机分配 8G 内存中的 1024M 5 虚拟机名称 knLinux 6 ubuntu 用户名 kn 四 四 实验内容 实验内容 1 进程的创建 a 题目要求 编写一段程序 使用系统调用 fork 创建两个子进程 当此程序运行 时 在系统中有一个父进程和两个子进程活动 让每一个进程在屏幕上 显示一个字符 父进程显示字符 a 子进程分别显示字符 b 和 c 试观察记录屏幕上的显示结果 并分析原因 b 程序设计说明 一个父进程 两个子进程 分别输出显示 a b c c 源代码 d 运行结果 e 分析 由输出结果可知 运行结果不唯一 可以是 abc acb bca 等多种情况 因为在程序中 并没有三个进程之间的同步措施 所以父进程和子进程 的输出顺序是随机的 在试验次数足够大的情况下 6 中顺序都有可能 出现 abc acb bac bca cab cba 2 进程的控制 a 修改已经编写的程序 将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话 再观察程序执行时屏幕上出现的现象 并分析原因 i 程序设计说明 将第一个程序中输出字符的语句改为输出 parent process 和 child process1 后台进程读中断信号 默认挂起 signal SIGQUIT SIG IGN 程序终止信号 默认操作写 dump core 文件 ii 源代码 参照 a 中源代码 iii 运行结果 加上 signal SIGINT SIG IGN 后程序不再继续进行 加上 signal SIGQUIT SIG IGN 后 加上 signal SIGINT SIG IGN 和 signal SIGQUIT SIG IGN 后 iv 分析 只加上 signal SIGINT SIG IGN 则父程序不再继续输出 程序 处于 wait 状态 因为在父进程收到信号时已默认为被杀死 程序停 留在 wait 不再继续进行 也没有父进程的输出 而当只加上 signal SIGQUIT SIG IGN 时 输出结果不变 加上 signal SIGINT SIG IGN 和 signal SIGQUIT SIG IGN 后 输出结果依旧不变 但 是后两种情况的含义是不同的 当只加了 signal SIGQUIT SIG IGN 时 子进程收到键盘上的 ctrl C 中断信号从而被杀死 输出 killed 语句 而同时加上这两句话 屏蔽了从键盘上传来的中断信号 因此子进 程接收到父进程传来的软中断信号 所以被杀死 输出 killed 语句 4 进程的管道通信 a 题目要求 编制一段程序 实现进程的管道通信 使用系统调用 pipe 建 立一条管道线 两个子进程 P1 和 P2 分别向管道各写一句话 Child 1 is sending a message Child 2 is sending a message 而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息 显示在屏幕上 要 求父进程先接收子进程 P1 发来的消息 然后再接收子进程 P2 发来的消息 b 程序设计说明 两个子进程分别向管道写一句话 为了避免两个进程抢占管道 利用 一个 sleep 函数将两个进程有效的时间区分开来 并且在第一个进程写 进数据时 对管道进行加锁 写完后解锁 第二个进程继续写数据 以 此避免冲突的产生 而父进程则在子进程全部进行完毕后再执行 c 源代码 d 运行结果 e 分析 若是多次进行管道写入 并想保证一个进程完整运行 则必须加锁 若单次 不一定需要 lockf 因为一个标准输出流一定会完整的写完不 被中断 然后再进行其他操作 在管道通信中 系统调用 pipe 函数初 始化一个二元组作为管道 1 为出 0 为进 以此来保证管道通信不发生 冲突 五 五 思考 思考 1 系统是怎样创建流程的 操作系统在创建流程时 首先申请空白的 PCB 进程控制块 再为新进 程分派资源 然后初始化 PCB 最终将新进程插入就绪队列中 而在我们编 程的过程中 系统通过调用 fork 函数来创建进程 而当一个进程中调用了 fork 函数时 则系统会为这个进程创建一个子进程 这个子进程和父进程不 同的地方只有他的进程 ID 其他部分都一样 也就是说新进程通过克隆老进 程或是当前进程来创建 其中系统调用 fork 或 clone 函数可以创建新任务 复制发生在核心状态下地核心中 复制完成后 Linux 允许两个进程共享资 源而不是复制各自的拷贝 包括文件 信号处理过程和虚拟内存 而在创建后 先执行父进程还是子进程则取决于内核的调度算法 子进程 被创建后 父子进程相互竞争系统的资源 并行执行 若想子进程先继续执 行 则需要父进程阻塞至子进程完成任务 即用 wait 系统调用来完成 2 可执行文件加载时进行了哪些处理 在编译执行源代码的过程中 由程序 到编译预处理 到编译 到优化程 序 到汇编程序 到链接程序 最后到可执行文件 在加载可执行文件时首 先操作系统应该判断该文件是否为一个合法的执行文件 若是则按照段表中 的指示为可执行文件分配地址空间 在加载文件的过程中 主要是需要加载 程序段和数据段到内存 并且进行外部定义符号的重定位 任何一个可执行 文件 启动时都需要调用 Ntdll dll 中的 NtCreateProcess 函数 3 当首次调用新创建进程时 其入口在哪里 在进程队列 ready 的状态下 由离自己最近的父进程执行 调度 即入口在最近的父进程处 是 fork 之后的语句 4 进程通信有什么特点 linux 下进程间通信的几种主要方式 下进程间通信的几种主要方式 管道 Pipe 及有名管道 named pipe 管道可用于具有亲缘关系进程间的 通信 有名管道克服了管道没有名字的限制 因此 除具有管道所具有的功能 外 它还允许无亲缘关系进程间的通信 信号 Signal 信号是比较复杂的通信方式 用于通知接受进程有某种事 件发生 除了用于进程间通信外 进程还可以发送信号给进程本身 linux 除了 支持 Unix 早期信号语义函数 sigal 外 还支持语义符合 Posix 1 标准的信号函数 sigaction 实际上 该函数是基于 BSD 的 BSD 为了实现可靠信号机制 又能 够统一对外接口 用 sigaction 函数重新实现了 signal 函数 报文 Message 队列 消息队列 消息队列是消息的链接表 包括 Posix 消息队列 system V 消息队列 有足够权限的进程可以向队列中添加消息 被赋 予读权限的进程则可以读走队列中的消息 消息队列克服了信号承载信息量少 管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点 共享内存 使得多个进程可以访问同一块内存空间 是最快的可用 IPC 形式 是针对其他通信机制运行效率较低而设计的 往往与其它通信机制 如信号量 结合使用 来达到进程间的同步及互斥 信号量 semaphore 主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手 段 套接口 Socket 更为一般的进程间通信机制 可用于不同机器之间的进 程间通信 起初是由 Unix 系统的 BSD 分支开发出来的 但现在一般可以移植到 其它类 Unix 系统上 Linux 和 System V 的变种都支持套接字 总的来说 进程间的通信根据通信内容可以划分为控制信息的传送 低级通 信 和大批数据的传送 高级通信 在消息队列中信息的复制需要额外消耗 CPU 时间 不适宜于信息量大或操作频繁的场合 共享内存针对消息缓冲的缺 点改而利用内存缓冲区直接交换信息 无需复制 快捷 信息量大就是又是 但是不同的进程通信方式有不同的优缺点 因此对于不同应用问题 需要根据 问题本身情况来选择进程间的通信方式 六 六 总结 总结 本次实验中我遇到了很多大大小小的问题 首先就是 linux 虚拟机安装的问 题 先是下载了 virtualbox 软件但却因为版本问题一直不能安装 linux 系统成功 于是转而用 VMware 软件 安装上后 仍须安装 gcc g 等编译工具 于是上网 搜索命令行安装的方法 利用 apt get update apt get upgrade apt get install gcc 语句安装成功 但 g 编译器一直提示 这次的实验通过进程创建 进程互斥 进程软中断 管道进程四个小程序让 我们对进程管理这一章有了更深的理解 在听课时 由于没有将书本跟实际动手 操作联系在一起 对知识的印象不是很深 但这次为了编程 将