北邮-大三-操作系统-进程管理实验报告

1/11实验一进程管理1．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。2．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。3．实验内容（1）进程的创建：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。源代码如下：#includesys/types.h#includestdio.h#includeunistd.h#includefcntl.h#includeerrno.hintmain(intargc,char*argv[]){pid_tpid1,pid2;pid1=fork();if(pid10){fprintf(stderr,childprocess1failed);exit(-1);}elseif(pid1==0){printf(b\n);}2/11else{pid2=fork();if(pid20){fprintf(stderr,childprocess1failed);exit(-1);}elseif(pid2==0){printf(c\n);}else{printf(a\n);sleep(2);exit(0);}}return0;}结果如下：分析原因：pid=fork();操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！因此，这三个进程哪个先执行，哪个后执行，完全取决于操作系统的调度，没有固定的顺序。（2）进程的控制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。将父进程的输出改为fatherprocesscompleted3/11输出b的子进程改为输出childprocess1completed输出c的子进程改为输出childprocess2completed运行的结果如下：理由同（1）如果在程序中使用系统调用lockf()来给每一个进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。加锁之后的代码：#includesys/types.h#includestdio.h#includeunistd.h#includefcntl.h#includeerrno.hintmain(intargc,char*argv[]){pid_tpid1,pid2;pid1=fork();if(pid10){fprintf(stderr,childprocess1failed);exit(-1);}elseif(pid1==0){lockf(1,1,0);printf(childprocess1completed\n);}else{pid2=fork();if(pid20){fprintf(stderr,childprocess1failed);exit(-1);}elseif(pid2==0){4/11lockf(1,1,0);printf(childprocess2completed\n);}else{lockf(1,1,0);printf(“fatherprocessiscompleted\n”);sleep(2);exit(0);}}return0;}所谓进程互斥，是指两个或两个以上的进程,不能同时进入关于同一组共享变量的临界区域,否则可能发生与时间有关的错误,这种现象被称作进程互斥.lockf()函数是将文件区域用作信号量（监视锁），或控制对锁定进程的访问（强制模式记录锁定）。试图访问已锁定资源的其他进程将返回错误或进入休态，直到资源解除锁定为止。而上面三个进程，不存在要同时进入同一组共享变量的临界区域的现象，因此输出和原来相同。（3）a)编写一段程序，使其实现进程的软中断通信。要求：使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按DEL键）；当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用Kill()向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后分别输出下列信息后终止：ChildProcess1iskilledbyParent!ChildProcess2iskilledbyParent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：ParentProcessiskilled!代码如下：#includesys/types.h5/11#includestdio.h#includeunistd.h#includefcntl.h#includeerrno.h#includesignal.hintwf;voidwaiting(){while(wf!=0);}voidstop(){wf=0;}intmain(intargc,char*argv[]){pid_tpid1,pid2;pid1=fork();if(pid10){fprintf(stderr,childprocess1failed);exit(-1);}elseif(pid1==0){wf=1;signal(16,stop);//捕捉到父进程传来的16信号，继续往下执行waiting();//不往下执行lockf(1,1,0);printf(ChildProcess1iskilledbyParent!\n);lockf(1,0,0);6/11exit(0);}else{pid2=fork();if(pid20){fprintf(stderr,childprocess1failed);exit(-1);}elseif(pid2==0){wf=1;signal(17,stop);//捕捉到父进程传来的17信号，继续往下执行waiting();//不往下执行lockf(1,1,0);printf(ChildProcess2iskilledbyParent!\n);lockf(1,0,0);exit(0);}else{wf=1;//wf为1时，不往下执行，直到捕捉到键盘上传来的信号signal(SIGINT,stop);7/11//捕捉到键盘传来的信号，执行stop函数waiting();kill(pid1,16);//向子进程p1发软中断信号16kill(pid2,17);//向子进程p2发软中断信号17wait(0);wait(0);printf(ParentProcessiskilled!\n);exit(0);}}return0;按下ctrl+c后，运行结果如下：软中断一般是指由指令int引起的“伪”中断动作——给CPU制造一个中断的假象；而硬中断则是实实在在由8259的连线触发的中断。kill函数的原型如下：intkill(pid,sig)，pid是一个或一组进程的标识符，参数sig是要发送的软中断信号。signal函数的原型如下：signal(sig,function)，它以软中断信号的序号作为参数调用函数，也就是说，收到软中断信号sig后，调用函数function.当子进程1收到软中断信号16时，调用函数stop()解除“waiting”,继续往下执行；等它打印完了childprocess1iskilledbyparent,就退出；对于子进程2来说也是如此。而父进程在此阶段一直处于“waiting”状态（执行wait(0))，直到两个子进程都退出了，父进程才会退出。由于ctrl+c信号会并发传到每个进程中，进程受到该信号会立刻终止。当子进程收到ctrl+c信号时，就终止了，根本不会等父进程传来的软中断信号，因此也就不会打印出childprocess1iskilled和childprocess2iskilled.b)在上面的程序中增加语句signal(SIGINT,SIG-IGN)和signal(SIGQUIT,SIG-IGN)，观察执行结果，并分析原因。按下ctrl+c后，运行结果如下：8/11signal(SIGINT,SIG-IGN)和signal(SIGQUIT,SIG-IGN)的作用是屏蔽从键盘上传来的中断信号，因此子进程可以接收到父进程传来的软中断信号，进而将那两句话打印出来（4）进程的管道通信编制一段程序，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：Child1issendingamessage!Child2issendingamessage!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。源代码如下：#includesys/types.h#includestdio.h#includeunistd.h#includefcntl.h#includeerrno.hintmain(intargc,char*argv[]){pid_tpid1,pid2;intfd[2];charparbuf[50],childbuf[50];pipe(fd);//建立管道pid1=fork();if(pid10){fprintf(stderr,childprocess2failed);exit(-1);}elseif(pid1==0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(childbuf,Child2issendingamessage!\n);write(fd[1],childbuf,50);//向管道中写东西sleep(5);lockf(fd[1],0,0);9/11exit(0);}else{pid2=fork();if(pid20){fprintf(stderr,childprocess1failed);exit(-1);}elseif(pid2==0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(childbuf,Child1issendingamessage!\n);write(fd[1],childbuf,50);//向管道中写东西sleep(5);lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{wait(0);//等待某个子进程结束read(fd[0],parbuf,50);//从管道中读东西printf(%s,parbuf);wait(0);//等待某个子进程结束read(fd[0],parbuf,50);//从管道中读东西printf(%s,parbuf);exit(0);}}return0;}运行结果如下：值得注意的是，pipe(fd);pid1=fork();这两句的位置不能调换，否则会出现下面结果：10/11也就是说，只有子进程1向通过管道向父进程发送信息，且程序一直不退出。用strace命令追查，可发现如果先fork，那么在fork之后就是两个独立的进程，在两个独立进程中分别调用pipe得到的是两个独立的fd数组，向子进程的fd[1]写入，从父进程的fd[0]读取，父进程会堵在read上，因为根本就没有进程在写父进程的fd[1]。4．思考（1）系统是怎样创建流程的？系统通过调用fork函数创建进程，当一个进程调用了fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID和父进程ID,其他的都是一样.就象符进程克隆(clone)自己一样.而此时子进程也与父进程分道扬镳，各自执行自己的操作。至于先执行子进程，还是先执行父进程，取决去内核的调度算法。一旦子进程被创建，父子