进程的创建与并发执行-带答案版课案

1、实验二 进程管理2.1 进程的创建与并发执行1. 实验目的(1) 加深对进程概念的理解 , 理解进程和程序的区别。(2) 认识并发进程的实质。分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。(3) 理解系统调用和用户命令的区别。2. 实验类型： 验证型3. 实验学时： 24. 实验原理和知识点(1) 实验原理： 程序的并发执行具有随机性和不可再现性。 程序并发执行会导致资源共享和 资源竞争， 各程序向前执行的速度会受资源共享的制约。 程序的动态执行过程用进程这个概 念来描述。 由于向前推进的速度不可预知， 所以多个进程并发地重复执行， 整体上得到的结 果可能不同。但要注意，就其中某单个进程而言

2、，其多次运行结果是确定的。(2) 知识点：进程、子进程、并发执行的特性；5. 实验环境(硬件环境、软件环境) ：(1) 硬件环境： Intel Pentium III 以上 CPU， 128MB 以上内存， 2GB 以上硬盘(2) 软件环境： linux 操作系统。6. 预备知识(1) fork() 系统调用头文件： #include unix standard header/* 是 POSIX 标准定义的 unix 类系统定义符号常量的头文件，包含了许多 UNIX 系统服务 的函数原型，例如 read 函数、 write 函数和 getpid 函数 */ 函数原型： pid_t fork(v

3、oid);/* 是 Linux 下的进程号类型，也就是 Process ID _ Type的缩写。其实是宏定义的unsigned int 类型 */函数功能： fork 的功能是创建 子进程 。调用 fork 的进程称为 父进程 。如图 2.1 所示。子 进程是父进程的一个拷贝，它继承了父进程的用户代码、 组代码、 环境变量、 已打开的文件 代码、工作目录及资源限制。 fork 语句执行后，内核向父进程返回子进程的进程号，向子 进程返回 0。 父子进程都从 fork() 的下一句开始并发执行 。返回值：返回值 =-1 ：创建失败。返回值 =0 ： 程序在子进程中。返回值 0 ： 程序在父进程中

4、。 (该返回值是子进程的进程号)编程提示： 虽然子进程是父进程的一个复制品，但父子的行为是不同的。编程时要抓住内 核的返回值。通过返回值，可以知道是父进程还是子进程，因而可以编写不同行为的代码。图 2.1 fork()创建进程示意图发出 wait 调用的进程只要有子进程，就会睡眠(2) wait() 系统调用 头文件： #include 函数原型： pid_t wait(int *status); 函数功能： wait 的功能是等待子进程结束。直到子进程中的一个终止为止。若没有子进程，则该调用立即返回。 函数参数： status 是子进程退出时的状态信息。 返回值：成功则返回子进程号，否则返回

5、-1 。(3) getpid() 系统调用 头文件： unistd.h ，在 VC+6.0 下可以用 process.h 函数原型： pid_t getpid(void);函数功能： wait 的功能是将父进程挂起，等待子进程终止。 getpid 函数用来取得目前进程 的进程 ID，许多程序利用取到的此值来建立临时文件，以避免临时文件相同带来的问题。 返回值：目前进程的进程 ID 。execnice(4) 其他系统调用 exit 终止进程 执行一个应用程序 改变进程的优先7. 实验内容与步骤(将所有截图换成用户名为你们自己姓名的拼音，并回答所有的问题) (1 )运行图 2.1 所示程序将图 2

6、.1 中的源程序保存为 e201.c 在终端中编译 gcc o e201 e201.c运行 ./e201此时， 程序为死循环，在该终端中无法继续输入命令执行，于是， 我们可以暂时不管这一个 终端，而是再新建一个终端，然后键入 ps e ，列出当前所有进程观察屏幕，是否有两个名为 e201 的进程。比较它们的进程号，判别哪个是父进程，哪 个是子进程。ctrl+c 强制结束。程序中的 while(1); 语句是为了不让程序退出来，以便于你观察进程状态。用 kill 命令 把这两个进程终止。可见，第一个终端如下图所示，已经从死循环中解救出来了。当然，最简单粗暴的方法不是关闭相关进程，而是直接通过对图

7、 2.1 的程序稍加改进，可看见两个进程的进程号。(2) 编写一段名为 e202.c 的源程序 , 使用系统调用 fork() 创建两个子进程 p1 和 p2 。p1 的功能为显示字符 b ，p2 的功能为显示字符 c ，父进程的功能为显示字符 a ，父进程 和两个子进程并发运行。不停的运行 e202 ，观察并记录屏幕上的显示结果。程序设计过程：用 while 语句控制 fork() 直到创建成功。 用 if 语句判别是在子进程中还是在父进程 中。程序运行后会创建三个进程，它们分别是子进程p1、p2 、父进程。这三个进程并发运行。假定子进程有些任务要做， 完成这些任务要花一定时间， 因此，可以

8、用一个延时函数简 单地模拟这些任务。/e202.c #include void delay(int x) /*int i,j;for(i=0;ix;i+) for(j=0;j0 & p20 & p30) printf(A:%dn,getpid(); if(p1=0 & p20 & p30) printf(B:%dn,getpid(); if(p1=0 & p2=0 & p30) printf(C:%dn,getpid(); if(p1=0 & p2=0 & p3=0)printf(D:%dn,getpid(); if(p1=0 & p20 & p3=0) printf(E:%dn,getpid

9、(); if(p10 & p2=0 & p30) printf(F:%dn,getpid();if(p10 & p2=0 & p3=0) printf(G:%dn,getpid(); if(p10 & p20 & p3=0) printf(H:%dn,getpid(); sleep(10);return 0;这些进程构成的进程树为（要画出进程树才有加分哦 ! ）：ps f 命令可以查看当前终端进程的进程数关系图8. 心得体会附录 pstree 的用法格式： pstree 以树状图显示进程，只显示进程的名字，且相同进程合并显示。 格式： pstree -p 以树状图显示进程，还显示进程 PID

10、。格式： pstree 格式： pstree -p 以树状图显示进程 PID 为 的进程以及子孙进程， 如果有 -p 参数则同时显示每个进程 的 PID 。附录 Linux 系统调用列表以下是 Linux 系统调用的一个列表，包含了大部分常用系统调用和由系统调用派生出的的函数。其中 有一些函数的作用完全相同，只是参数不同。 （有点像 C+ 函数重载，但是 Linux 核心是用 C 语言写的， 所以只能取成不同的函数名）。还有一些函数已经过时，被新的更好的函数所代替了（ gcc 在链接这些函 数时会发出警告），但因为兼容的原因还保留着，这些函数在前面标上“*”号以示区别。各系统调用的使用方法，可

11、以通过 man 命令获得。、进程控制：fork创建一个新进程clone按指定条件创建子进程execve运行可执行文件exit中止进程exit立即中止当前进程getdtablesize进程所能打开的最大文件数getpgid获取指定进程组标识号setpgid设置指定进程组标志号getpgrp获取当前进程组标识号setpgrp设置当前进程组标志号getpid获取进程标识号getppid获取父进程标识号getpriority获取调度优先级setpriority设置调度优先级modify ldt读写进程的本地描述表nanosleep使进程睡眠指定的时间nice改变分时进程的优先级pause挂起进程，等待

12、信号personality设置进程运行域prctl对进程进行特定操作ptrace进程跟踪sched get priority max取得静态优先级的上限sched get priority min取得静态优先级的下限sched getparam取得进程的调度参数sched getscheduler取得指定进程的调度策略sched rr get interval取得按 RR 算法调度的实时进程的时间片长度sched setparam设置进程的调度参数sched setscheduler设置指定进程的调度策略和参数sched yield进程主动让出处理器 ,并将自己等候调度队列队尾vfork创建一

13、个子进程，以供执行新程序，常与 execve 等同时使用wait等待子进程终止wait3参见 waitwaitpid等待指定子进程终止wait4参见 waitpidcapget获取进程权限capset设置进程权限getsid获取会晤标识号setsid设置会晤标识号二、文件系统控制1、文件读写操作fcntl文件控制open打开文件creat创建新文件close关闭文件描述字read读文件write写文件readv从文件读入数据到缓冲数组中writev将缓冲数组里的数据写入文件pread对文件随机读pwrite对文件随机写lseek移动文件指针llseek在 64 位地址空间里移动文件指针dup复

14、制已打开的文件描述字dup2按指定条件复制文件描述字flock文件加 / 解锁pollI/O 多路转换truncate截断文件ftruncate参见 truncateumask设置文件权限掩码fsync把文件在内存中的部分写回磁盘2、文件系统操作access确定文件的可存取性chdir改变当前工作目录fchdir参见 chdirchmod改变文件方式fchmod参见 chmodchown改变文件的属主或用户组fchown参见 chownlchown参见 chownchroot改变根目录stat取文件状态信息lstat参见 statfstat参见 statstatfs取文件系统信息fstatfs

15、参见 statfsreaddir读取目录项getdents读取目录项mkdir创建目录mknod创建索引结点rmdir删除目录rename文件改名link创建链接symlink创建符号链接unlink删除链接readlink读符号链接的值mount安装文件系统umount卸下文件系统ustat取文件系统信息utime改变文件的访问修改时间utimes参见 utimequotactl控制磁盘配额三、系统控制ioctlI/O 总控制函数sysctl读/ 写系统参数acct启用或禁止进程记账getrlimit获取系统资源上限setrlimit设置系统资源上限getrusage获取系统资源使用情况us

16、elib选择要使用的二进制函数库ioperm设置端口 I/O 权限iopl改变进程 I/O 权限级别outb低级端口操作reboot重新启动swapon打开交换文件和设备swapoff关闭交换文件和设备bdflush控制 bdflush 守护进程sysfs取核心支持的文件系统类型sysinfo取得系统信息adjtimex调整系统时钟alarm设置进程的闹钟getitimer获取计时器值setitimer设置计时器值gettimeofday取时间和时区settimeofday设置时间和时区stime设置系统日期和时间time取得系统时间times取进程运行时间uname获取当前 UNIX 系统的

17、名称、版本和主机等信息vhangup挂起当前终端nfsservctl对 NFS 守护进程进行控制vm86进入模拟 8086 模式create module创建可装载的模块项delete module删除可装载的模块项init module初始化模块query module查询模块信息*get kernel syms取得核心符号 , 已被 query module 代替四、内存管理brk改变数据段空间的分配sbrk参见 brkmlock内存页面加锁munlock内存页面解锁mlockall调用进程所有内存页面加锁munlockall调用进程所有内存页面解锁mmap映射虚拟内存页munmap去除内

18、存页映射mremap重新映射虚拟内存地址msync将映射内存中的数据写回磁盘mprotect设置内存映像保护getpagesize获取页面大小sync将内存缓冲区数据写回硬盘cacheflush将指定缓冲区中的内容写回磁盘五、网络管理getdomainname取域名setdomainname设置域名gethostid获取主机标识号sethostid设置主机标识号10gethostname获取本主机名称sethostname设置主机名称六、socket 控制socketcallsocket 系统调用socket建立 socketbind绑定 socket 到端口connect连接远程主机acce

19、pt响应 socket 连接请求send通过 socket 发送信息sendto发送 UDP 信息sendmsg参见 sendrecv通过 socket 接收信息recvfrom接收 UDP 信息recvmsg参见 recvlisten监听 socket 端口select对多路同步 I/O 进行轮询shutdown关闭 socket 上的连接getsockname取得本地 socket 名字getpeername获取通信对方的 socket 名字getsockopt取端口设置setsockopt设置端口参数sendfile在文件或端口间传输数据socketpair创建一对已联接的无名 sock

20、et七、用户管理getuid获取用户标识号setuid设置用户标志号getgid获取组标识号setgid设置组标志号getegid获取有效组标识号setegid设置有效组标识号geteuid获取有效用户标识号seteuid设置有效用户标识号setregid分别设置真实和有效的的组标识号setreuid分别设置真实和有效的用户标识号getresgid分别获取真实的 ,有效的和保存过的组标识号setresgid分别设置真实的 ,有效的和保存过的组标识号getresuid分别获取真实的 ,有效的和保存过的用户标识号setresuid分别设置真实的 ,有效的和保存过的用户标识号setfsgid设置文件系统检查时使用的组标