《操作系統(tǒng)》實驗指導(dǎo)書

1、操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用實驗指導(dǎo)書實驗一 UNIX/LINUX入門實驗?zāi)康?、了解UNIX的命令及使用格式。2、熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令。實驗內(nèi)容1、通過WINDOWS操作系統(tǒng)中的遠程登錄程序telnet.exe 登錄UNIX。2、熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令如ls、who、w、pwd、ps、pstree、top等。實驗指導(dǎo)一、UNIX的登錄與退出1、登錄在DOS環(huán)境下用MS提供的telnet程序（也可使用WINDOWS 自帶的telnet圖形界面程序或多功能的S-Term終端程序），可使PC作為終端（terminal）登錄（login）UNIX服務(wù)器（UNIX Server

2、）。（1）執(zhí)行格式： telnet hostname(主機名)或 telnet 主機的IP地址 例： telnet telnet 140.122.77.120 （2）步驟 login： （輸入username） password： （輸入密碼）2、退出 在UNIX系統(tǒng)提示符$下，輸入logout、exit或shutdown 。例：$ logout二、UNIX命令格式 命令 選項 處理對象例：ls -la mydir注意：（1）命令一般是小寫字串。注意大小寫有別 （2）選項通常以減號（-）再加上一個或數(shù)個字符表示，用來選擇一個命令的不同操作 （3）同一行可有數(shù)個命令，命令間應(yīng)以分號隔開 （4）命

3、令后加上&可使該命令后臺（background）執(zhí)行三、常用命令1、目錄操作和DOS相似，UNIX采用樹型目錄管理結(jié)構(gòu)，由根目錄（/）開始一層層將子目錄建下去，各子目錄以 / 隔開。用戶login后，工作目錄的位置稱為 home directory，由系統(tǒng)管理員設(shè)定。符號代表自己的home directory，例如 /myfile 是指自己home目錄下myfile這個文件。UNIX的通配符有三種：* 和 ? 用法與DOS相同， - 代表區(qū)間內(nèi)的任一字符，如test0-5即代表test0，test1，test5的集合。（1）顯示目錄文件 ls執(zhí)行格式： ls -atFlgR name

4、(name可為文件或目錄名稱)例： ls 顯示出當前目錄下的文件ls -a 顯示出包含隱藏文件的所有文件ls -t 按照文件最后修改時間顯示文件 ls -F 顯示出當前目錄下的文件及其類型ls -l 顯示目錄下所有文件的許可權(quán)、擁有者、文件大小、修改時間及名稱ls -lg 同上ls -R 顯示出該目錄及其子目錄下的文件 注:ls與其它命令搭配使用可以生出很多技巧(最簡單的如"ls -l | more")，更多用法請輸入ls -help查看，其它命令的更多用法請輸入 命令名 -help 查看. （2）建新目錄 mkdir執(zhí)行格式： mkdir directory-name例：

5、 mkdir dir1(新建一名為dir1的目錄)（3）刪除目錄rmdir執(zhí)行格式： rmdir directory-name 或 rm directory-name例：rmdir dir1 刪除目錄dir1，但它必須是空目錄，否則無法刪除 rm -r dir1 刪除目錄dir1及其下所有文件及子目錄 rm -rf dir1 不管是否空目錄，統(tǒng)統(tǒng)刪除，而且不給出提示,使用時要小心（4） 改變工作目錄位置 cd執(zhí)行格式： cd name 例： cd 改變目錄位置至用戶login時的working directory cd dir1 改變目錄位置，至dir1目錄 cd user 改變目錄位置，至用

6、戶的working directory cd . 改變目錄位置，至當前目錄的上層目錄 cd ./user 改變目錄位置，至上一級目錄下的user目錄 cd /dir-name1/dir-name2 改變目錄位置，至絕對路徑（Full path） cd - 回到進入當前目錄前的上一個目錄（5）顯示當前所在目錄pwd執(zhí)行格式： pwd2、文件操作（1）查看文件(可以是二進制的)內(nèi)容 cat執(zhí)行格式：cat filename或more filename 或cat filename|more例： cat file1 以連續(xù)顯示方式，查看文件file1的內(nèi)容more file1 或 cat file1|

7、more 以分頁方式查看文件的內(nèi)容（2）刪除文件 rm執(zhí)行格式： rm filename 例： rm file? rm f* （3）復(fù)制文件 cp 執(zhí)行格式： cp -r source destination 例： cp file1 file2 將file1復(fù)制成file2 cp file1 dir1 將file1復(fù)制到目錄dir1 cp /tmp/file1 將file1復(fù)制到當前目錄 cp /tmp/file1 file2 將file1 復(fù)制到當前目錄名為file2cp r dir1 dir2 (recursive copy)復(fù)制整個目錄。 （4）移動或更改文件、目錄名稱mv執(zhí)行格式： m

8、v source destination例： mv file1 file2 將文件file1，更名為file2 mv file1 dir1 將文件file1，移到目錄dir1下mv dir1 dir2 3、系統(tǒng)詢問與權(quán)限口令（1）查看系統(tǒng)中的使用者執(zhí)行格式： who （2）查看username執(zhí)行格式： who am I 查看自己的username（3）改變自己的username的帳號與口令 su 執(zhí)行格式： su username 例： su username 輸入帳號 password 輸入密碼（4）文件屬性的設(shè)置 chmod 改變文件或目錄的讀、寫、執(zhí)行的允許權(quán)執(zhí)行格式： chmod -

9、R mode name其中：-R為遞歸處理,將指定目錄下所有文件及子目錄一并處理 mode為3-8位數(shù)字，是文件/目錄讀、寫、執(zhí)行允許權(quán)的縮寫(r:read,數(shù)字代號為"4" w:write,數(shù)字代號為"2" x:execute,數(shù)字代號為"1")mode： rwx rwx rwx user group other縮寫： (u) (g) (o)例：chmod 755 dir1 將目錄dir1設(shè)定成任何人皆有讀取及執(zhí)行的權(quán)利，但只有擁有者可作寫修改。其中7=4+2+1,5=4+1 chmod 700 file1 將file1設(shè)為擁有者可

10、以讀、寫和執(zhí)行 chmod o+x file2 將file2，增加擁有者可執(zhí)行的權(quán)利 chmod g+x file3 將file3，增加組使用者可執(zhí)行的權(quán)利 chmod o-r file4 將file4，除去其它使用者可讀取的權(quán)利（5）改變文件或目錄所有權(quán) chown 執(zhí)行格式： chown -R username name 例： chown user file1 將文件file1改為user所有 chown .fox file1 將文件file1改為fox組所有 chown user.fox file1 將文件file1改為fox組的user所有 chown -R user dir1 將目錄

11、dir1及其下所有文件和子目錄，改為user 所有4、進程操作（1）查看系統(tǒng)目前的進程 ps 執(zhí)行格式： ps -aux 例： ps 或ps -x 查看系統(tǒng)中屬于自己的process ps -au 查看系統(tǒng)中所有使用者的process ps -aux 查看系統(tǒng)中包含系統(tǒng)內(nèi)部及所有使用者的process ps -aux|grep apache 找出系統(tǒng)中運行的所有名稱中帶有"apache"串的process （2）查看正在background中執(zhí)行的process 執(zhí)行格式： jobs（3）結(jié)束或終止進程 kill執(zhí)行格式： kill -9 PID （PID為利用ps命令所查

12、出的process ID）例： kill 456或 kill -9 456 終止process ID 為456的process（4）后臺（background）執(zhí)行process command的命令執(zhí)行格式： command & （在命令后加上 &）例： gcc file1 & 在后臺編譯file1.c注意：按下Z，暫停正在執(zhí)行的process。鍵入”bg”，將所暫停的process置入background中繼續(xù)執(zhí)行。例： gcc file1 & Z stopped bg（5）結(jié)束或終止在background中的進程 kill執(zhí)行格式： kill %n例： k

13、ill %1 終止在background中的第一個job kill %2 終止在background中的第二個job（6）顯示系統(tǒng)中程序的執(zhí)行狀態(tài)例: top -q 不斷地更新、顯示系統(tǒng)程序的執(zhí)行狀態(tài)第一行顯示的項目依次為當前時間、系統(tǒng)啟動時間、當前系統(tǒng)登錄用戶數(shù)目、平均負載。第二行為進程情況，依次為進程總數(shù)、休眠進程數(shù)、運行進程數(shù)、僵死進程數(shù)、終止進程數(shù)。第三行為CPU狀態(tài)，依次為用戶占用、系統(tǒng)占用、優(yōu)先進程占用、閑置進程占用。第四行為內(nèi)存狀態(tài)，依次為平均可用內(nèi)存、已用內(nèi)存、空閑內(nèi)存、共享內(nèi)存、緩存使用內(nèi)存。第五行為交換狀態(tài)，依次為平均可用交換容量、已用容量、閑置容量、高速緩存容量。PID

14、每個進程的ID。PPID 每個進程的父進程ID。UID 每個進程所有者的UID 。USER 每個進程所有者的用戶名。PRI 每個進程的優(yōu)先級別。NI 該進程的優(yōu)先級值。SIZE 該進程的代碼大小加上數(shù)據(jù)大小再加上堆?？臻g大小的總數(shù)。單位是KB。TSIZE 該進程的代碼大小。對于內(nèi)核進程這是一個很奇怪的值。DSIZE 數(shù)據(jù)和堆棧的大小。TRS 文本駐留大小。D 被標記為“不干凈”的頁項目。LIB 使用的庫頁的大小。對于ELF進程沒有作用。RSS 該進程占用的物理內(nèi)存的總數(shù)量，單位是KB。SHARE 該進程使用共享內(nèi)存的數(shù)量。STAT 該進程的狀態(tài)。其中S代表休眠狀態(tài)；D代表不可中斷的休眠狀態(tài)；R

15、代表運行狀態(tài)；Z代表僵死狀態(tài)；T代表停止或跟蹤狀態(tài)。TIME 該進程自啟動以來所占用的總CPU時間。如果進入的是累計模式，那么該時間還包括這個進程子進程所占用的時間。且標題會變成CTIME。%CPU 該進程自最近一次刷新以來所占用的CPU時間和總時間的百分比。%MEM 該進程占用的物理內(nèi)存占總內(nèi)存的百分比。COMMAND 該進程的命令名稱，如果一行顯示不下，則會進行截取。內(nèi)存中的進程會有一個完整的命令行按"ctrl+c"停止查看（7）以樹狀圖顯示執(zhí)行的程序 pstree例: pstree -h 列出進程樹并高亮標出當前執(zhí)行的程序 （10）監(jiān)視用戶空間程序發(fā)出的全部系統(tǒng)調(diào)用

16、strace strace 還能顯示調(diào)用的參數(shù)，以及用符號方式表示的返回值。 strace 從內(nèi)核中接收信息，所以一個程序無論是否按調(diào)試方式編譯(gcc -g)或是否被去掉了調(diào)試信息，都可以被跟蹤。執(zhí)行格式： strace -tTeo executable-program-name -t ： 用來顯示調(diào)用發(fā)生的時間 -T ： 顯示調(diào)用花費的時間 -e ： 限定被跟蹤的調(diào)用類型 -o ： 將輸出重定向到一個文件中類似命令：ltrace -fiS executable-program-name7、其它常用命令（1）命令在線幫助 man執(zhí)行格式： man command例： man ls 查詢ls這

17、個指令的用法（2）設(shè)定命令記錄表長度 history執(zhí)行格式一： set history=n例： set history=40 功能：設(shè)定命令記錄表長度為40（可記載執(zhí)行過的前面40個命令）執(zhí)行格式二： history 查看命令記錄表的內(nèi)容（3）顯示說明 info執(zhí)行格式: info command-name例: info gcc功能: 查看gcc的說明,按上下箭頭選定菜單,回車進入,"u"鍵返回上級菜單. info不加參數(shù)則進入最上一級菜單.實驗一 UNIX/LINUX及其使用環(huán)境（二）LINUX 下C語言使用、編譯與調(diào)試實驗實驗?zāi)康?1、復(fù)習(xí)C語言程序基本知識 2、練習(xí)

18、并掌握UNIX提供的vi編輯器來編譯C程序3、學(xué)會利用gcc、gdb編譯、調(diào)試C程序?qū)嶒瀮?nèi)容1、用vi編寫一個簡單的、顯示"Hello,World!"的C程序，用gcc編譯并觀察編譯后的結(jié)果2、利用gdb調(diào)試該程序3、運行生成的可執(zhí)行文件。實驗指導(dǎo)二、文件編輯器vi vi是在UNIX 上被廣泛使用的中英文編輯軟件。vi是visual editor的縮寫，是UNIX提供給用戶的一個窗口化編輯環(huán)境。進入vi，直接執(zhí)行vi編輯程序即可。例：$vi test.c顯示器出現(xiàn)vi的編輯窗口，同時vi會將文件復(fù)制一份至緩沖區(qū)（buffer）。vi先對緩沖區(qū)的文件進行編輯，保留在磁盤中的文

19、件則不變。編輯完成后，使用者可決定是否要取代原來舊有的文件。1、vi的工作模式vi提供二種工作模式：輸入模式（insert mode）和命令模式（command mode）。使用者進入vi后，即處在命令模式下，此刻鍵入的任何字符皆被視為命令，可進行刪除、修改、存盤等操作。要輸入信息，應(yīng)轉(zhuǎn)換到輸入模式。（1）命令模式在輸入模式下，按ESC可切換到命令模式。命令模式下，可選用下列指令離開vi：q!離開vi，并放棄剛在緩沖區(qū)內(nèi)編輯的內(nèi)容：wq將緩沖區(qū)內(nèi)的資料寫入磁盤中，并離開vi：ZZ同wq：x同wq：w將緩沖區(qū)內(nèi)的資料寫入磁盤中，但并不離開vi：q離開vi，若文件被修改過，則要被要求確認是否放棄修

20、改的內(nèi)容，此指令可與：w配合使用（3）輸入模式輸入以下命令即可進入vi輸入模式：a(append) 在光標之后加入資料A 在該行之末加入資料i(insert)在光標之前加入資料I 在該行之首加入資料o(open)新增一行于該行之下，供輸入資料用O新增一行于該行之上，供輸入資料用Dd刪除當前光標所在行X刪除當前光標字符X刪除當前光標之前字符U撤消·重做F查找s 替換,例如:將文件中的所有"FOX"換成"duck",用":%s/FOX/duck/g"ESC離開輸入模式更多用法見 info vi三、GNU C編譯器LINUX上可用

21、的C編譯器是GNU C編譯器，它建立在自由軟件基金會編程許可證的基礎(chǔ)上，因此可以自由發(fā)布。LINUX 上的GNU C編譯器（GCC）是一個全功能的ANCI C兼容編譯器，而一般UNIX（如SCO UNIX）用的編譯器是CC。下面介紹GCC和一些GCC編譯器最常用的選項。1、使用GCC通常后跟一些選項和文件名來使用GCC編譯器。GCC命令的基本用法如下： gcc options filenames命令行選項指定的編譯過程中的具體操作2、GCC常用選項GCC有超過100個的編譯選項可用，這些選項中的許多可能永遠都不會用到，但一些主要的選項將會頻繁使用。很多的GCC選項包括一個以上的字符，因此必須為

22、每個選項指定各自的連字符，并且就像大多數(shù)LINUX 命令一樣不能在一個單獨的連字符后跟一組選項。例如，下面的命令是不同的：gcc -p-g test.cgcc -pg test.c第一條命令告訴GCC編譯test.c時為prof命令建立剖析（profile）信息并且把調(diào)試信息加入到可執(zhí)行文件里。第二條命令告訴GCC只為gprof命令建立剖析信息。當不用任何選項編譯一個程序時，GCC將建立（假定編譯成功）一個名為a.out的可執(zhí)行文件。例如， gcc test.c編譯成功后，當前目錄下就產(chǎn)生了一個a.out文件。也可用-o選項來為即將產(chǎn)生的可執(zhí)行文件指定一個文件名來代替a.out。例如：gcc

23、o count count.c此時得到的可執(zhí)行文件就不再是a.out，而是count。GCC也可以指定編譯器處理步驟多少。-c選項告訴GCC僅把源代碼編譯為目標代碼而跳過匯編和連接步驟。這個選項使用得非常頻繁因為它編譯多個C程序時速度更快且更易于管理。默認時GCC建立的目標代碼文件有一個.o的擴展名。3、執(zhí)行文件 格式： ./可執(zhí)行文件名例：./a.out ./count三、gdb調(diào)試工具LINUX包含了一個叫g(shù)db的GNU調(diào)試程序。gdb是一個用來調(diào)試C和C+程序的強有力調(diào)試器。它使你能在程序運行時觀察程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)存的使用情況。它具有以下一些功能：·監(jiān)視程序中變量的值；

24、83;設(shè)置斷點以使程序在指定的代碼行上停止執(zhí)行；·一行行的執(zhí)行代碼。以下是利用gdb進行調(diào)試的步驟：1、調(diào)試編譯代碼為了使gdb正常工作，必須使你的程序在編譯時包含調(diào)試信息。調(diào)試信息里包含你程序里的每個變量的類型和在可執(zhí)行文件里的地址映射以及源代碼的行號。gdb利用這些信息使源代碼和機器碼相關(guān)聯(lián)。在編譯時用 g 選項打開調(diào)試選項。2、gdb基本命令命 令描 述file裝入欲調(diào)試的可執(zhí)行文件kill終止正在調(diào)試的程序list列出產(chǎn)生執(zhí)行文件的源代碼部分next執(zhí)行一行源代碼但不進入函數(shù)內(nèi)部step執(zhí)行一行源代碼并進入函數(shù)內(nèi)部run執(zhí)行當前被調(diào)試的程序quit終止gdbwatch監(jiān)視一個

25、變量的值而不管它何時被改變break在代碼里設(shè)置斷點，使程序執(zhí)行到這里時被掛起make不退出gdb就可以重新產(chǎn)生可執(zhí)行文件shell不離開gdb就執(zhí)行UNIX shell 命令3、應(yīng)用舉例(1)設(shè)有一源程序greet.c(2)編譯，gcc -ggdb o greet greet.c，出錯(3)gdb greet ，出現(xiàn)提示符(gdb)，此時可在提示符下輸入gdb的命令了，如：(gdb)run(gdb)list(4)退出調(diào)試狀態(tài)，返回系統(tǒng)提示符下， (gdb)quit四、參考程序main( ) printf("Hello,world!n");實驗二 進程管理（一） 進程的創(chuàng)建

26、實驗實驗?zāi)康?、掌握進程的概念，明確進程的含義2、認識并了解并發(fā)執(zhí)行的實質(zhì)3、掌握進程創(chuàng)建方法實驗內(nèi)容1、編寫一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)fork()創(chuàng)建進程，父進程顯示字符”a”，子進程顯示”b”2、編寫一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)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'a'，子進程分別顯示字符'b'和字符'c'。試觀察記錄屏幕上的顯示結(jié)果，并分析原因。3、修改上述程序，每一個進程循環(huán)顯示一句話。子進程顯示'daughter '及'son

27、'，父進程顯示 'parent '，觀察結(jié)果，分析原因。實驗準備（1）閱讀LINUX的fork.c源碼文件（見附錄二），分析進程的創(chuàng)建過程。（2）閱讀LINUX的sched.c源碼文件(見附錄三)，加深對進程管理概念的認識。實驗指導(dǎo)三、所涉及的系統(tǒng)調(diào)用1、fork( ) 創(chuàng)建一個新進程。 系統(tǒng)調(diào)用格式： pid=fork( )參數(shù)定義：int fork( )fork( )返回值意義如下：0：在子進程中，pid變量保存的fork( )返回值為0，表示當前進程是子進程。>0：在父進程中，pid變量保存的fork( )返回值為子進程的id值（進程唯一標識符）。-1：創(chuàng)建

28、失敗。如果fork( )調(diào)用成功，它向父進程返回子進程的PID，并向子進程返回0，即fork( )被調(diào)用了一次，但返回了兩次。此時OS在內(nèi)存中建立一個新進程，所建的新進程是調(diào)用fork( )父進程（parent process）的副本，稱為子進程（child process）。子進程繼承了父進程的許多特性，并具有與父進程完全相同的用戶級上下文。父進程與子進程并發(fā)執(zhí)行。核心為fork( )完成以下操作：（1）為新進程分配一進程表項和進程標識符進入fork( )后，核心檢查系統(tǒng)是否有足夠的資源來建立一個新進程。若資源不足，則fork( )系統(tǒng)調(diào)用失敗；否則，核心為新進程分配一進程表項和唯一的進程標

29、識符。（2）檢查同時運行的進程數(shù)目超過預(yù)先規(guī)定的最大數(shù)目時，fork( )系統(tǒng)調(diào)用失敗。（3）拷貝進程表項中的數(shù)據(jù)將父進程的當前目錄和所有已打開的數(shù)據(jù)拷貝到子進程表項中，并置進程的狀態(tài)為“創(chuàng)建”狀態(tài)。（4）子進程繼承父進程的所有文件對父進程當前目錄和所有已打開的文件表項中的引用計數(shù)加1。（5）為子進程創(chuàng)建進程上、下文進程創(chuàng)建結(jié)束，設(shè)子進程狀態(tài)為“內(nèi)存中就緒”并返回子進程的標識符。（6）子進程執(zhí)行雖然父進程與子進程程序完全相同，但每個進程都有自己的程序計數(shù)器PC(注意子進程的PC開始位置)，然后根據(jù)pid變量保存的fork( )返回值的不同，執(zhí)行了不同的分支語句。例：.pid=fork( );i

30、f (! pid) printf("I'm the child process!n");else if (pid>0) printf("I'm the parent process! n"); else printf("Fork fail!n");PC fork( )調(diào)用前PC fork( )調(diào)用后PC.pid=fork( );if (! pid) printf("I'm the child process!n");else if (pid>0) printf("I&#

31、39;m the parent process!n "); else printf("Fork fail!n");.pid=fork( );if (! pid) printf("I'm the child process!n");else if (pid>0) printf("I'm the parent process!n "); else printf("Fork fail!n"); 四、參考程序1、#include <stdio.h>main( )int p1,p2

32、;while(p1=fork( )= = -1); /*創(chuàng)建子進程p1*/if (p1= =0) putchar('b'); else while(p2=fork( )= = -1); /*創(chuàng)建子進程p2*/if(p2= =0) putchar('c'); else putchar('a'); 2、#include <stdio.h>main( )int p1,p2,i;while(p1=fork( )= = -1); /*創(chuàng)建子進程p1*/if (p1= =0) for(i=0;i<10;i+)printf("dau

33、ghter %dn",i);else while(p2=fork( )= = -1); /*創(chuàng)建子進程p2*/if(p2= =0) for(i=0;i<10;i+) printf("son %dn",i);else for(i=0;i<10;i+) printf("parent %dn",i);五、運行結(jié)果1、bca，bac, abc ,都有可能。2、parentsondaughter.daughter.或 parentsonparentdaughter等六、分析原因除strace 外，也可用ltrace -f -i -S ./ex

34、ecutable-file-name查看以上程序執(zhí)行過程。1、從進程并發(fā)執(zhí)行來看，各種情況都有可能。上面的三個進程沒有同步措施，所以父進程與子進程的輸出內(nèi)容會疊加在一起。輸出次序帶有隨機性。2、由于函數(shù)printf( )在輸出字符串時不會被中斷，因此，字符串內(nèi)部字符順序輸出不變。但由于進程并發(fā)執(zhí)行的調(diào)度順序和父子進程搶占處理機問題，輸出字符串的順序和先后隨著執(zhí)行的不同而發(fā)生變化。這與打印單字符的結(jié)果相同。補充：進程樹在UNIX系統(tǒng)中，只有0進程是在系統(tǒng)引導(dǎo)時被創(chuàng)建的，在系統(tǒng)初啟時由0進程創(chuàng)建1進程，以后0進程變成對換進程，1進程成為系統(tǒng)中的始祖進程。UNIX利用fork( )為每個終端創(chuàng)建一個

35、子進程為用戶服務(wù)，如等待用戶登錄、執(zhí)行SHELL命令解釋程序等，每個終端進程又可利用fork( )來創(chuàng)建其子進程，從而形成一棵進程樹。可以說，系統(tǒng)中除0進程外的所有進程都是用fork( )創(chuàng)建的。七、思考題（1）系統(tǒng)是怎樣創(chuàng)建進程的？（2）當首次調(diào)用新創(chuàng)建進程時，其入口在哪里？實驗二 進程管理（二）進程的控制實驗實驗?zāi)康?、掌握進程另外的創(chuàng)建方法2、熟悉進程的睡眠、同步、撤消等進程控制方法實驗內(nèi)容 1、用fork( )創(chuàng)建一個進程，再調(diào)用exec( )用新的程序替換該子進程的內(nèi)容2、利用wait( )來控制進程執(zhí)行順序?qū)嶒炛笇?dǎo)一、所涉及的系統(tǒng)調(diào)用在UNIX/LINUX中fork( )是一個非常

36、有用的系統(tǒng)調(diào)用，但在UNIX/LINUX中建立進程除了fork( )之外，也可用與fork( ) 配合使用的exec( )。1、exec( )系列系統(tǒng)調(diào)用exec( )系列，也可用于新程序的運行。fork( )只是將父進程的用戶級上下文拷貝到新進程中，而exec( )系列可以將一個可執(zhí)行的二進制文件覆蓋在新進程的用戶級上下文的存儲空間上，以更改新進程的用戶級上下文。exec( )系列中的系統(tǒng)調(diào)用都完成相同的功能，它們把一個新程序裝入內(nèi)存，來改變調(diào)用進程的執(zhí)行代碼，從而形成新進程。如果exec( )調(diào)用成功，調(diào)用進程將被覆蓋，然后從新程序的入口開始執(zhí)行，這樣就產(chǎn)生了一個新進程，新進程的進程標識符

37、id 與調(diào)用進程相同。exec( )沒有建立一個與調(diào)用進程并發(fā)的子進程，而是用新進程取代了原來進程。所以exec( )調(diào)用成功后，沒有任何數(shù)據(jù)返回，這與fork( )不同。exec( )系列系統(tǒng)調(diào)用在UNIX系統(tǒng)庫unistd.h中，共有execl、execlp、execle、execv、execvp五個，其基本功能相同，只是以不同的方式來給出參數(shù)。一種是直接給出參數(shù)的指針，如：int execl(path,arg0,arg1,.argn,0);char *path,*arg0,*arg1,.,*argn;另一種是給出指向參數(shù)表的指針，如：int execv(path,argv);char *

38、path,*argv ;具體使用可參考有關(guān)書。2、exec( )和fork( )聯(lián)合使用系統(tǒng)調(diào)用exec和fork( )聯(lián)合使用能為程序開發(fā)提供有力支持。用fork( )建立子進程，然后在子進程中使用exec( )，這樣就實現(xiàn)了父進程與一個與它完全不同子進程的并發(fā)執(zhí)行。一般，wait、exec聯(lián)合使用的模型為：int status; .if (fork( )= =0) .; execl(.); .; wait(&status);3、wait（ ）等待子進程運行結(jié)束。如果子進程沒有完成，父進程一直等待。wait( )將調(diào)用進程掛起，直至其子進程因暫?；蚪K止而發(fā)來軟中斷信號為止。如果在wa

39、it( )前已有子進程暫停或終止，則調(diào)用進程做適當處理后便返回。系統(tǒng)調(diào)用格式：int wait(status)int *status;其中，status是用戶空間的地址。它的低8位反應(yīng)子進程狀態(tài)，為0表示子進程正常結(jié)束，非0則表示出現(xiàn)了各種各樣的問題；高8位則帶回了exit( )的返回值。exit( )返回值由系統(tǒng)給出。核心對wait( )作以下處理：（1）首先查找調(diào)用進程是否有子進程，若無，則返回出錯碼；（2）若找到一處于“僵死狀態(tài)”的子進程，則將子進程的執(zhí)行時間加到父進程的執(zhí)行時間上，并釋放子進程的進程表項；（3）若未找到處于“僵死狀態(tài)”的子進程，則調(diào)用進程便在可被中斷的優(yōu)先級上睡眠，等待

40、其子進程發(fā)來軟中斷信號時被喚醒。4、exit（ ）終止進程的執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)用格式： void exit(status) int status;其中，status是返回給父進程的一個整數(shù)，以備查考。為了及時回收進程所占用的資源并減少父進程的干預(yù)，UNIX/LINUX利用exit( )來實現(xiàn)進程的自我終止，通常父進程在創(chuàng)建子進程時，應(yīng)在進程的末尾安排一條exit( )，使子進程自我終止。exit(0)表示進程正常終止，exit(1)表示進程運行有錯，異常終止。如果調(diào)用進程在執(zhí)行exit( )時，其父進程正在等待它的終止，則父進程可立即得到其返回的整數(shù)。核心須為exit( )完成以下操作：（1）關(guān)閉軟

41、中斷（2）回收資源（3）寫記帳信息（4）置進程為“僵死狀態(tài)” 二、參考程序#include<stdio.h>#include<unistd.h>main( ) int pid; pid=fork( ); /*創(chuàng)建子進程*/switch(pid) case -1: /*創(chuàng)建失敗*/ printf("fork fail!n"); exit(1); case 0: /*子進程*/ execl("/bin/ls","ls","-1","-color",NULL); printf(

42、"exec fail!n"); exit(1); default: /*父進程*/ wait(NULL); /*同步*/ printf("ls completed !n"); exit(0); 三、運行結(jié)果執(zhí)行命令ls -l -color ，（按倒序）列出當前目錄下所有文件和子目錄；ls completed!四、分析原因程序在調(diào)用fork( )建立一個子進程后，馬上調(diào)用wait( )，使父進程在子進程結(jié)束之前，一直處于睡眠狀態(tài)。子進程用exec( )裝入命令ls ，exec( )后，子進程的代碼被ls的代碼取代，這時子進程的PC指向ls的第1條語句，開始

43、執(zhí)行l(wèi)s的命令代碼。注意在這里wait( )給我們提供了一種實現(xiàn)進程同步的簡單方法。五、思考（1）可執(zhí)行文件加載時進行了哪些處理？（2）什么是進程同步？wait( )是如何實現(xiàn)進程同步的？補充：1） wait()函數(shù)的功能是什么？在本程序中有什么作用？為什么需要兩個wait()函數(shù)。請結(jié)合同步概念。答功能：wait()函數(shù)的功能是等待子進程運行結(jié)束。Wait(0)表示等待子進程正常結(jié)束。Wait(0)與exit(0)函數(shù)對應(yīng)，exit(0)表示進程正常終止，exit(1)表示進程運行有錯，異常終止。通常父進程在創(chuàng)建子進程時，應(yīng)在進程的末尾安排一條exit( )，使子進程自我終止。如果子進程沒有

44、完成，父進程一直等待。wait( )將調(diào)用進程掛起功能，直至其子進程因暫?；蚪K止而發(fā)來軟中斷信號（SIGCHLD）將其喚醒為止。如果在wait( )前已有子進程暫?；蚪K止，則父進程做適當處理后便返回。在本程序中，父進程創(chuàng)建兩個子進程，再用kill()向兩個子進程發(fā)出中斷信號，子進程P1和P2接到信號后，用exit(0)函數(shù)正常終止自我進程（向父進程發(fā)SIGCHLD信號。父進程的wait()函數(shù)收到子進程的SIGCHLD信號后，對子進程作適當處理后（資源回收）后返回本進程。因為父進程有兩個子進程，所以需要兩個wait()函數(shù)來等待子進程的結(jié)束。實驗二 進程管理（三）進程互斥實驗實驗?zāi)康?、進一步

45、認識并發(fā)執(zhí)行的實質(zhì)2、分析進程競爭資源的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)解決進程互斥的方法 實驗內(nèi)容1、修改實驗（一）中的程序2，用lockf( )來給每一個進程加鎖，以實現(xiàn)進程之間的互斥2、觀察并分析出現(xiàn)的現(xiàn)象實驗指導(dǎo)一、所涉及的系統(tǒng)調(diào)用lockf(files,function,size)用作鎖定文件的某些段或者整個文件。本函數(shù)的頭文件為#include "unistd.h"參數(shù)定義：int lockf(files,function,size)int files,function;long size;其中：files是文件描述符；function是鎖定和解鎖：1表示鎖定，0表示解鎖。size是

46、鎖定或解鎖的字節(jié)數(shù)，為0，表示從文件的當前位置到文件尾。二、參考程序#include <stdio.h>#include <unistd.h>main()int p1,p2,i; while(p1=fork( )= = -1); /*創(chuàng)建子進程p1*/if (p1= =0)lockf(1,1,0); /*加鎖，這里第一個參數(shù)為stdout（標準輸出設(shè)備的描述符）*/for(i=0;i<10;i+) printf("daughter %dn",i); lockf(1,0,0); /*解鎖*/else while(p2=fork( )= =-1);

47、 /*創(chuàng)建子進程p2*/if (p2= =0)lockf(1,1,0); /*加鎖*/for(i=0;i<10;i+)printf("son %dn",i);lockf(1,0,0); /*解鎖*/else lockf(1,1,0); /*加鎖*/ for(i=0;i<10;i+) printf(" parent %dn",i); lockf(1,0,0); /*解鎖*/三、運行結(jié)果parentsondaughter.daughter.或parentsonparentdaughter大致與未上鎖的輸出結(jié)果相同，也是隨著執(zhí)行時間不同，輸出結(jié)果的

48、順序有所不同。四、分析原因上述程序執(zhí)行時，不同進程之間不存在共享臨界資源（其中打印機的互斥性已由操作系統(tǒng)保證）問題，所以加鎖與不加鎖效果相同。補充：2） lockf()函數(shù)功能是什么？如何使用該函數(shù)實現(xiàn)互斥使用資源？答功能：lockf()函數(shù)用作鎖定文件的某些段或者整個文件。函數(shù)lockf(files,function,size)，files是文件描述符。Function是鎖定和解鎖；1表示鎖定，0表示解鎖。Size是鎖定或解鎖的字節(jié)數(shù)，若用0，表示從文件的當前位置到文件尾。將指定文件files 的指定區(qū)域進行加鎖或解鎖，以解決臨界資源文件的競爭問題。使用該函數(shù)實現(xiàn)資源互斥的方法是：lockf

49、()；操作互斥資源代碼；ulockf();例如：lockf(stdout,1,0); /stdout是顯示器資源，對顯示器加瑣printf(“child process 2 is killed by parent!n”); /在顯示器上輸出lockf(stdout,0,0); /對顯示器解鎖實驗三 進程間通信 UNIX/LINUX系統(tǒng)的進程間通信機構(gòu)（IPC）允許在任意進程間大批量地交換數(shù)據(jù)。本實驗的目的是了解和熟悉LINUX支持的信號量機制、管道機制、消息通信機制及共享存儲區(qū)機制。(一) 信號機制實驗實驗?zāi)康?、了解什么是信號2、熟悉LINUX系統(tǒng)中進程之間軟中斷通信的基本原理實驗內(nèi)容1、編寫程序：用fork( )創(chuàng)建兩個子進程，再用系統(tǒng)調(diào)用signal( )讓父進程捕捉鍵盤上來的中斷信號（即