最新进程的创建与并发执行

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 <unistd.h>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

3、原型： pid_t fork(void);/* 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

4、。返回值 >0 ： 程序在父进程中。 (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。父退程(进程号；1869)include <scdio.h>匸 rr.am () int pl;plfark(); t这里裱返回1听口if(pi=a)printf(HBonnn); while(1);elseprintf(rtfathernH): wait();仓健进程子进程(进程号：16TO)注；子进程是父送程的一个拷贝父子送程都从下一包幵绘执行.

5、父子送程年发技厅°#mclde <stdio. h> int main() inE pl; pl=fork ;t_这里披返回Difpl=O<printf(sonXn" while(1);elseprintf(nfathernn; wait (;图 2.1 fork()创建进程示意图wait()系统调用头文件：#in clude <sys/wait.h> 函数原型：pid_t wait(i nt *status);发出wait调用的进程只要有子进程，就会睡眠函数功能：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

6、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-1。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。(4) 其他系统调用 exit -终止进程execnice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，

7、并回答所有的问题)(1 )运行图2.1所示程序将图2.1中的源程序保存为 e201.c在终端中编译gcc p e201 e201.c运行./e201y i n ji.aottYou You ' S gcc -o e20i e201 . cI yinjiYouYou * )3 ./e201sonfather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 -3，列出当前所有进程¥ i nj iYou "$ 卩！t 弋FID TTYThtE：CMD1 ?00:00:00I Hit2 ?00:00:00

8、misrntinn/O3 ?00:00:00ksoftirqd/O4 ?00:00:00fitchdoE/O5 ?00：00：00events/06 ?00：00：00khelper7 ?00：00：00kthread10 ?00:00:00kblcKkd/O11 ?00:00:00kacpid175 ?O0iC0：0OcQucue/ti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。3713 pts/100；00：00bash3755 pts/I00:00:00c2013756 pts/100i00：23e2dl3762 pts/200；00；00b

9、ash3790 pts/200:00:00psyi njiou "SyinjiaotyouVou 'S kill 3755y i njl tntYauYou " |S kill 3756 ylnJiao»YouYou "3 ps -eFID TTVTIMECMD1 ?00：00：00init2 ?OO; 00： 00 mi g rail di)/03 ?00:00:00ksoftirqd/O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

10、了。yinjiaotYouYou '3 - Z&201sonfather已终止y i n j i. noiiYouYd u *jS |ctrl+c强制结束。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2.1的程序稍加改进，可看见两个进程的进程号。#include <stdiorh>int main()int pl：pl=fork()；if(pi=e)p rlntf (' son : dXn * ( getpid ()；/whiled)；elsewait();p rintf (" fathe r:%dn", getpid()；

11、 yi nji aoaYouYou "S gcc -c e20I e201.c I yinjiao&YouYou *$ ./e201ton：3B45father：a844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 pl和p2。 pl 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

12、。程序运行后会创建三个进程，它们分别是子进程pl、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，可以用一个延时函数简 单地模拟这些任务。e202.c#i nclude <stdio.h>void delay(i nt x)/*int i,j;for(i=0;i<x;i+) for(j=0;j<x;j+);int mai n()in t p1,p2;while(p 1= fork()=-1);/*if(p1=0)/*delay(4096);/*putchar('b');/*else while(p2=fork

13、()=-1); /* if(p2=0)/*delay(2048);/*putchar('c');/*elseputchar('a');/*延时函数*/创建子进程pl */子进程pl创建成功*/子进程pl延时*/子进程pl显示字符'b' */创建子进程p2 */子进程p2创建成功*/子进程p2延时*/子进程p2显示字符'c' */父进程显示字符'a' */return 0;按向上的光标键、回车，运行刚才的程序。快速重复这个步骤，观察并记录结果。I yi njiaoYouYou "S gcc -o e202

14、e202«cI yinjiaoYouYou S 4/e2Q2bcayinjiaottYouYou '$ ./e202ca i i nji aofiiYouYou *S b. /e2C2I ayinji aoYcuYou 'S bc/e202I fly inJiao* You You '* |S be. /e202*1 yinjiaottYouYou "S he./e202a yi nji ao<»YouYou * S be - /e202a yinjiaoftYouYcu * S be,/e202basinjiaoYcuYou *S

15、c./e202ca yinjiao®YouYolj "$ b-/e202ca yinJiao®YcuYou *$ b. /e202I ayinjiaoYouYoubc./e202r一 _ -bJ请回答问题：屏幕上是否有时显示 bac,有时显示bca，。为什么会这样呢?(3) 参考(1)完成下列程序设计父子进程同步实验：编写一段程序，使用系统调用fork()创建一个子进程，子进程求1+2+100的和并打印出来，使用系统调用wait()让父进程等待子进程结束。请贴出源代码截图：include <stdlo.h>int main()int pl；pl=for

16、k)；if (pl=0)int i；int su m=01Tor(i=i；i+)(sum=sum+i； printf("son:dn'f getpidf)； printf <" 1 十2十十1£)百寻小口 * ( sum)；elsewaitO;prlntT("father;%dn " , getpid():)请贴出正确运行截图：yi njiaottYouYou ° t -o e203 e203.cyi njtaowYouou 'S ./e203son：674S1-1-2+ 1-100=3050father：674

17、7y i ntji aottYouYou ' S |(4) 已知下列Linux程序执行后，运行结果如下，请画出进程家族树(以进程号标示进程， 注意，每次运行进程号都不一样)。/L in ux程序#i nclude "stdio.h"#i nclude "un istd.h"int mai n()in t p1,p2,p3;p1= fork();p2=fork();p3=fork();/注：getpid() 获取当前进程pidif(p1>0 && p2>0 && p3>0) printf("

18、;A:%dn”,getpid(); if(p 1=0 && p2>0 && p3>0) printf("B:%dn",getpid();if(p 1=0 && p2=0 && p3>0) printf("C:%dn",getpid(); if(p 1=0 && p2=0 && p3=0)printf("D:%dn",getpid();if(p 1=0 && p2>0 && p3=0)

19、printf("E:%dn",getpid(); if(p1>0 && p2=0 && p3>0) printf("F:%dn",getpid();if(p1>0 && p2=0 && p3=0) printf("G:%dn",getpid(); if(p1>0 && p2>0 && p3=0) prin tf("H:%dn",getpid(); sleep(10);return 0; Is

20、 V <WV<WyinJiaoftYouYou *S ,/e204Di8292C：B291L：8293B：8290F：829411:8296A： 8289yinjiaoouYou '|这些进程构成的进程树为(要画出进程树才有加分哦！)：yinJia0»Ycu¥ou 'S pslree -p.电、 fJI； Sis.204(8292)II JU nn_- UV- IIIJl. I.JU A JIXJ jf-gn-：)mc-i5rnti nal (6906) nsh(6909) 2<U(B289) 204:8290)4:,8291>-20

21、4(8293) -204：8294j 4： 8295)>-=204(6296)yi nji aowYouYcu *|$ pstree -p S2S9e204( 8289)re204( 8290Jre204( 8291J 204( 8292) 204(8293)204(8294) 204(8295)204(8296)ylnji aoYouYou S |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。格式：pstree <

22、pid>格式：pstree -p <pid>以树状图显示进程 PID为<pid>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Lin ux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岀警告），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，可以通过 ma

23、n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，等待信号perso

24、nality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进程主动让岀处理器，并将自己等候调度队列队尾vfork创建一个子进程，以供执行新

25、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seek在64位地址空间里移动文件指针dup复制已打开的文件描述字dup2按指定

26、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chownIchown参见chownchroot改变根目录stat取文件状态信息Istat参见statfstat参见statstatfs取文件系统信息fstatfs参见statfsreaddir读取目录项getden

27、ts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uselib选择要使用的二进制函数库ioperm设置端口 I/O

28、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系统的名称、版本和主机等信息vhangup挂起当前终端nfsservctl对N

29、FS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mprotec

30、t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gethostname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accept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g