北郵-大三-操作系統(tǒng)-進程管理實驗報告

1、實驗一進程管理1 .實驗目的：(1)加深對進程概念的理解，明確進程和程序的區(qū)別；(2)進一步認識并發(fā)執(zhí)行的實質；(3)分析進程爭用資源的現象，學習解決進程互斥的方法；(4) 了解Linux系統(tǒng)中進程通信的基本原理。2 .實驗預備內容(1)閱讀Linux的sched.h源碼文件，加深對進程管理概念的理解；(2)閱讀Linux的fork()源碼文件，分析進程的創(chuàng)建過程。3 .實驗內容(1)進程的創(chuàng)建：編寫一段程序，使用系統(tǒng)調用fork()創(chuàng)建兩個子進程。當此程序運行時，在系統(tǒng)中有一個父進程和兩個子進程活動。讓每一個進程在屏幕上顯示一個字符：父進程顯示字符“ a,”子進程分別顯示字符“t “c”試觀

2、察記錄屏幕上的顯示結果，并分析原因。源代碼如下：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>int main(int argc,char* argv口)pid_t pid1,pid2;pid1 = fork();if(pid1<0)fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);else if(pid1 = 0)printf

3、("bn");elsepid2 = fork();if(pid2<0)fprintf(stderr,"childprocess1 failed"); exit(-1);else if(pid2 = 0) printf("cn");elseprintf("an");sleep(2);exit(0);return 0;結果如下:hanchunyanubuntu："5 ./a.out c b分析原因：pid=fork();操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個新的進程(子進程)，并且在進程表中相應為它建立一個新的表項。新進程和

4、原有進程的可執(zhí)行程序是同一個程序；上下文和數據，絕大部分就是 原進程(父進程)的拷貝，但它們是兩個相互獨立的進程! 因此，這三個進程哪個先執(zhí)行，哪個后執(zhí)行，完全取決于操作系統(tǒng)的調度，沒 有固定的順序。(2)進程的控制修改已經編寫的程序，將每個進程輸出一個字符改為每個進程輸出一句話，再觀察程 序執(zhí)行時屏幕上出現的現象，并分析原因。將父進程的輸出改為 father process completed輸出b的子進程改為輸出 child processl completed輸出c的子進程改為輸出 child process2 completed運行的結果如下：理由同(1)如果在程序中使用系統(tǒng)調用loc

5、kf ()來給每一個進程加鎖，可以實現進程之間的互斥,觀察并分析出現的現象。加鎖之后的代碼：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>int main(int argc,char* argv)pid_t pid1,pid2;pidl = fork();if(pid1<0)fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);el

6、se if(pid1 = 0)lockf(1,1,0);printf("child processl completedn");elsepid2 = fork();if(pid2<0)fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);else if(pid2 = 0)lockf(1,1,0);printf("child process2 completedn");elselockf(1,1,0);printf( " father process is completedn

7、");sleep(2);exit(0);return 0;hanchunyaneubuntui't ./a.out father process completed child proces52 completed child processl completed hanchunyanfiu buntu:$所謂進程互斥，是指兩個或兩個以上的進程，不能同時進入關于同一組共享變量的臨界區(qū)域，否則可能發(fā)生與時間有關的錯誤，這種現象被稱作進程互斥.lockf()函數是將文件區(qū)域用作信號量(監(jiān)視鎖)，或控制對鎖定進程 的訪問(強制模式記錄鎖定)。試圖訪問已鎖定資源的其他進程將返回錯誤或

8、 進入休態(tài)，直到資源解除鎖定為止。而上面三個進程，不存在要同時進入同一 組共享變量的臨界區(qū)域的現象，因此輸出和原來相同。(3)a)編寫一段程序，使其實現進程的軟中斷通信。要求：使用系統(tǒng)調用fork()創(chuàng)建兩個子進程，再用系統(tǒng)調用 signal()讓父進程捕捉鍵盤上來的中斷信號(即按 DEL鍵)；當捕捉到中斷信號后，父進程用系統(tǒng)調用Kill()向兩個子進程發(fā)出信號，子進程捕捉到信號后分別輸出下列信息后終止：Child Process 1 is killed by Parent!Child Process 2 is killed by Parent!父進程等待兩個子進程終止后，輸出如下的信息后終止

9、：Parent Process is killed!代碼如下：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>#include <signal.h> int wf;void waiting()while(wf!=0);void stop()wf = 0;int main(int argc,char* argv口)pid_t pid1,pid2;pidl = fork();if(pid1&l

10、t;0)fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);else if(pid1 = 0)wf = 1;signal(16,stop);/捕捉到父進程傳來的16信號，繼續(xù)往下執(zhí)行waiting。;/不往下執(zhí)行 lockf(1,1,0);printf("Child Process 1 is killed by Parent!n");lockf(1,0,0);exit(0);elsepid2 = fork();if(pid2<0)fprintf(stderr,"childprocess1 fai

11、led");exit(-1);else if(pid2 = 0)wf = 1;signal(17,stop);/捕捉到父進程傳來的17信號，繼續(xù)往下執(zhí)行 waiting。;/不往下執(zhí)行 lockf(1,1,0);printf("Child Process 2 is killed by Parent!n");lockf(1,0,0);exit(0);elsewf = 1;/wf為1時，不往下執(zhí)行，直到捕捉到鍵盤上傳來的信號 signal(SIGINT,stop);捕捉到鍵盤傳來的信號，執(zhí)行 stop函數waiting。；kill(pid1,16);向子進程p1發(fā)軟中

12、斷信 號16kill(pid2,17);向子進程p2發(fā)軟中斷信號17wait(0);wait(0);printf("Parent Process is killed!n");exit(0);return 0;按下ctrl+c后，運行結果如下:卜CPdrnt Precess is killed!軟中斷一般是指由指令int引起的“偽”中斷動作一一給 CPU制造一個中斷的 假象；而硬中斷則是實實在在由 8259的連線觸發(fā)的中斷。kill函數的原型如 下：int kill(pid,sig) , pid是一個或一組進程的標識符，參數 sig是要發(fā) 送的軟中斷信號。signal 函數的

13、原型如下：signal(sig,function) ,它以軟 中斷信號的序號作為參數調用函數，也就是說，收到軟中斷信號sig后，調用函數function.當子進程1收到軟中斷信號 16時，調用函數 stop()解除“waiting ”，繼續(xù)往下執(zhí)行；等它打印完了child process 1 is killed byparent,就退出；對于子進程2來說也是如此。而父進程在此階段一直處于“waiting ”狀態(tài)(執(zhí)行 wait(0),直到兩個子進程都退出了，父進程才會退 出。由于ctrl+c信號會并發(fā)傳到每個進程中，進程受到該信號會立刻終止。當 子進程收到ctrl+c信號時，就終止了，根本不會

14、等父進程傳來的軟中斷信號， 因此也就不會打印出 child process1 is killed 和 child process2 is killed.b)在上面的程序中增加語句signal(SIGINT, SIG-IGN)和 signal(SIGQUIT, SIG-IGN),觀察執(zhí)行結果，并分析原因。按下ctrl+c后，運行結果如下：ianchuryanubuntu:./a.out'CChitd Process 1 is killed by Pa rent!Child Process 2 is killed by Pa rent3 Parent Process is killed!s

15、ignal(SIGINT, SIG-IGN) 和 signal(SIGQUIT, SIG-IGN) 的作用是屏蔽從 鍵盤上傳來的中斷信號，因此子進程可以接收到父進程傳來的軟中斷信號，進 而將那兩句話打印出來(4)進程的管道通信編制一段程序，實現進程的管道通信。使用系統(tǒng)調用pipe()建立一條管道線；兩個子進程 P1和P2分別向管道各寫一句話：Child 1 is sending a message!Child 2 is sending a message!而父進程則從管道中讀出來自于兩個子進程的信息，顯示在屏幕上。要求父進程先接收子進程P1發(fā)來的消息，然后再接收子進程P2發(fā)來的消息。源代碼如下

16、：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>int main(int argc,char* argv口)pid_t pid1,pid2;int fd2;char parbuf50,childbuf50;pipe(fd);/建立管道pid1 = fork();if(pid1<0)fprintf(stderr,"childprocess2 failed");exit(-1)

17、;else if(pid1 = 0)lockf(fd1,1,0);sprintf(childbuf,"Child 2 is sending a message!n");write(fd1,childbuf,50);/向管道中寫東西sleep(5);lockf(fd1,0,0);exit(0);elsepid2 = fork();if(pid2<0)fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);else if(pid2 = 0)lockf(fd1,1,0);sprintf(childbuf,"

18、;Child 1 is sending a message!n");write(fd1,childbuf,50);/ 向管道中寫東西sleep(5);lockf(fd1,0,0);exit(0);elsewait(0);/等待某個子進程結束read(fd0,parbuf,50);/從管道中讀東西printf("%s",parbuf);wait(0);/等待某個子進程結束read(fd0,parbuf,50);/ 從管道中讀東西 printf("%s",parbuf);exit(0);return 0;運行結果如下:hnchuryanBLibun

19、tu: . /a. out Child 1 is sending a message! Child 2 is sendina a messaae!值得注意的是，pipe(fd);pid1 = fork();這兩句的位置不能調換，否則會出現下 面結果：hanchunyanuburtu:. /a.outChild 1 is sending a message!也就是說，只有子進程1向通過管道向父進程發(fā)送信息，且程序一直不退出 用strace命令追查,可發(fā)現writef 1, "Child 1 is sending a message!?echild 1 is sending a mess

20、age!卜二wait4-1( NULL.% NULL)= 26659d如果先fork ,那么在fork之后就是兩個獨立的進程，在兩個獨立進程中分別調 用pipe得到的是兩個獨立的fd數組，向子進程的fd1寫入，從父進程的 fd0讀取，父進程會堵在 read上，因為根本就沒有進程在寫父進程的 fd1。4.思考(1)系統(tǒng)是怎樣創(chuàng)建流程的？系統(tǒng)通過調用fork函數創(chuàng)建進程，當一個進程調用了 fork以后，系統(tǒng)會創(chuàng) 建一個子進程.這個子進程和父進程不同的地方只有他的 進程ID和父 進程ID, 其他的都是一樣.就象符進程 克隆(clone)自己一樣.而此時子進程也與父進程 分道揚鍍，各自執(zhí)行自己的操作。至于先執(zhí)行子進程，還是先執(zhí)行父進程，取 決去內核的調度算法。一旦子進程被創(chuàng)建，父子進程相互競爭系統(tǒng)的資源.有 時候我們希望子進程繼續(xù)執(zhí)行,而父進程阻塞直到子 進程完成任務.這個時候我 們可以調用wait或者waitpid 系統(tǒng)調用.(2)可執(zhí)行文件加載時進行了哪些處理？注冊一個可執(zhí)行文件的加載模塊(包含信息：鏈表 list,所屬的module, 加載可執(zhí)行文件，加載共享庫)，然后遍歷鏈表，依次按 module加載這個可執(zhí) 行文件(3)當首次調用新