操作系统实验2进程管理报告

1、实验一 进程管理一、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；二、实验预备容：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；三、实验环境说明：1.此 实 验 采 用 的 是 Win7(32bit) 下 虚 拟 机 VMware-workstation-10.0.4build-2249910 ；2.ubuntu 版本 3.19.0 ；3.直接编写 c

2、文件在终端用命令行执行；4.虚拟机分配8G存中的1024M;5.虚拟机名称 knLinux ；6.ubuntu 用户名 kn ;四、实验容：1.进程的创建：a) 题目要求：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“ 试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。b”和“ c”。b) 程序设计说明：一个父进程，两个子进程，分别输出显示a,b,c 。c) 源代码：4 projlx1#Include 2#Include sys/types3#Lnclude

3、4#Include 5#Include $tdlibhn6#in匚IudE 78int main()910pid_t pidl, pid2;1112while (pidl = forkO)=13if (pidl = 0)1415putcharC1b1);16exit(0);17181920whilt (pid2 = forkO) = -l)j21if (pid2 = 02223putchar(c1);24exit(0);25262728putcharta1);29exit(0);303132return 0;33d) 运行结果:rootubuntu:/hopie/kn# gcc Downloa

4、ds/proj 1.c - pl rootubuntu:/hone/kn# */pl arootubuntu:/horie/kn# be * / p 1 arootgubuntui/home/kn# cb./pl arootgubuntu:/home/kn# cb./pl abrootubuntu:/hone/kn# c./pl arootgubuntu:/home/kn# cb/pl arootgubuntu:/home/kn# cb*/pl arootgubunn# be./p1 arootubuntu:/hone/kn# cb*/pl arootgubuntui/home/kn# cb*

5、/pl arootubuntu:/horie/kn# cb_/pl araotulbuntu:/home/kn* cb./pl arootwbuntu:/home/kn# cb/pl arootubuntu:/home/kn# cb-/pl arootgulbuntu:/hone/kn* cb./pl aebrootipubuntu:/home/kn# ./pl drQQtwbuntu;/home/kn# be./pl arootubuntu:/home/kn# cb./pl arootubuntu:/home/kn# cb./pl arootubuntu:/home/kn# cb./pl d

6、roQtubuntu:/home/kn# bc/pl arootgubuntu:/home/kn# 匸b_/pl arootgubuntu/home/kng _cb|-r -f t i :-i t.i . -e. r ：- / r： ：；总氏*:紅汾律邂，熾电-i 1 I | ：|r .i : d r i().r- j (. u ； u.j. t j ： /i(.i -. 1二；_. . j.a；总痣诗養貉m泮电-,.yJ . T. . ： . . It / . m J_-f ：( 11.：.rf .i, n Ji-. -4 ( ：.,：环总療遐述逐涝总L r t i ：丨 一 r ：-一 .

7、ye) 分析：由输出结果可知，运行结果不唯一，可以是abc,acb,bca等多种情况。 因为在程序中，并没有三个进程之间的同步措施， 所以父进程和子进程的 输出顺序是随机的。在试验次数足够大的情况下，6中顺序都有可能出现： abc, acb, bac, bca, cab, cba 。2. 进程的控制：a)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。i.程序设计说明：将第一个程序中输出字符的语句改为输出pare nt process和childprocessl &2 的语句。ii.源代码：4 1prQj21.c#includ:】

8、2#includ3finclud4tinclud5# nclude 6# -i(:78int maing10pid_t pidl, pid2;1112le (pidl = fork() =：L”13(pidl = 01415puts (Child Progress l!n*);16exlt(O)；17181920while (pid2=fark() = -1);21 (pld2 = 0)2223putsCXhild Progress 2!n*;24exit(9);25262728sleep(4);29puts(Parent Progress InM);30exit(0);313233pturn

9、 0;34y运行结果:iii.rootubuntu:/home/knw gcc Downloads/proj21,c -o p21 rootubuntu:/hone/kn# */p21Child Progress 11Child Progress 2!Parent Progress!rootubuntu:/home/knff |iv.b)i.rootgubuntu:/hone/kn#Child Progress 21Child Progress 1JPa rent Progress 1 rootgubuntur/home/kn# |分析：发现在结果中，运行结果同第一个程序， 但是在一个进程输出

10、语句 的中途不会被打断，语句都是完整的。但是三条语句的先后顺序随机， 不能够确定。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。程序设计说明：在程序中加入lockf(1,1,0) 和lockf(1,0,0)语句用于加锁和去锁，实现进程之间的互斥。在程序中加入sleep()函数让父进程休息，多循环进行子进程的输出，可观察到加锁前后的差距。源代码：proj22 .c8int main()910pid_t pidl, pid2;11inti；1213le (pidl = fork) = -1);14(pidl = 0)1516lockf(l

11、| 1B 0);/Xock17(i = 0; i 4; i +)1819sleep(l);20putsCChild Progress l!n);2122lockfd, 0t 0); /unlock23exit(0);24252627while (pld2 = fork() = -1);28.1 (pid2 = 0)2930lockfflj lf 0); / - lack31for (i = 0; i 4; 1 +)3233sleep(i);34puts (Child Prog ress 2!n*);3536lockfdj0); u1l37exit0);383940Child Progress

12、1!Chtld Progress 2!Parent Progress 1rootubuntu:/hone/knff |iv.分析：通过上网查阅资料，了解到lockf(fileno(fp),F_LOCK,OL)函数中，file no(fp) 是要加锁的文件，其中 1则为标准输出流；F_LOCK为1 则加锁，0则解锁；0L为文件长度，0则为整个文件。由输出结果观 察到， 加锁的函数使得程序结果发生了变化。 在加锁后， 根据结果显 示，一个进程全部输出完毕后才交给另一个进程，表现为连续的 1 和连续的 2；而没有加锁的话，每一个进程输出完毕一次就随机选择 一个进程进行输入， 直到全部输出完毕， 导致

13、每一次输出的进程都是 随机的。从而看出 lockf() 对两个进程的输出表现出互斥作用。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。而 lockf() 函 数作为监视锁， 对锁定的进程控制访问。 而在多次输出后， 三个进程 有可能同时进入同一组共享变量的临界区域，所以结果发生改变。3. 进程的软中断：a) 编写一段程序，使其实现进程的软中断通信；i. 题目要求：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

14、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：Child Process 1 is killed by Parent!Child Process 2 is killed by Parent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：Parent Process is killedii. 程序设计说明：利用Del触发软中断SIGINT。要求在中断来临前，两个子进程都 处于等待状态，中断来临后立即响应。因此加入了my_wait() 和my_stop() 两个函数，并通过 flag 来实现子进程对中断信号的屏蔽。 父进程在杀死子进程后自杀，则引入SIGUS

15、R1和SIGUSR2两个信号，分别让两个子进程监听这个信号， 父进程收到中断信号后通过这两个 信号对子进程发出 kill 信号，再自杀。在程序的实现过程中，我们 需要父进程等待子进程终止后再自杀，则需要子进程引入signal 预置软中断处理函数， 等待父进程向他发出软中断信号， 而不是直接从 键盘上自行接受，再自行终止。而父进程使用 kill 向子进程发送软 中断信号，并且 wait 直到子进程处理中断，使用 exit(0) 终止执行 并且向父进程返回终止信息。 父进程一旦收到子进程发送来的终止信 息，则结束等待，终止自己的进程。iii. 源代码：12345678901234567890123

16、4567890123456111111111122222222223333333proj3.c# jljce # nelude # # ncl I” # ncl id ? # :1ide # I int flag;pid_t pidl, pid2;void my_wait(int q)(flag);void my_stop(int q)flag = 0;int main() signal(SIGINTf my_stop);while (pldl = forkO) = -1);if (pidl = 0) flag = 1;signal(SIGUSR1, my_stop)；/set SIGUSR1

17、 to stop my_wait(0);/waitinglockf(lr lf 0);puts(HnChild Process 1 is killed by Parent!11)； lockf(lr 0, 0);/unlocksleep(l)； exit(0);37else3839(pid2 = fork) = -1);40(pid2 = e)4142flag = 1;43signal(SIGIJSR2, my_stop;44my_walt(0); f、#aiLinq4Slockf(l, lr 0);/lock46puts(HnChlld Process 2 is killed by Pare

18、nt!);47lockf(1,0;/unlock悶sleep(l);49exlt(e);505265retiirn0；67iv. 运行结果:rootgubuntu:/hame/kn gcc DownlDads/proj3,c -o p3 rootgubuntu :/home/knff Jp3ACChild Process 1 is killed by Parent 1Child Process 2 is killed by Parent!Parent Pro匸e呂百 is killed!rootfiubuntu:/hone/kn#v. 分析：ctrl+C信号并发传到所有进程中，而子进程中屏蔽掉

19、了中断信号，所以信号只发给了父进程，父进程终止，将kill信号发给两个子进程，从而显示出如上图的结果。b) 在上面的程序中增加语句sig nal(SIGINT, SIG-IGN) 和 sig nal(SIGQUIT,SIG-IGN)，观察执行结果，并分析原因；i. 程序设计说明：在a)代码基础上加入以下两种信号：sig nal(SIGTINT, SIG_IGN);后台进程读中断信号，默认挂起；signal(SIGQUIT,SIG_IGN); 程序终止信号，默认操作写dump-core 文件ii.源代码：参照a)中源代码。运行结果：加上signal(SIGINT, SIG-IGN)后程序不再继续

20、进行:rootubuntu:/home/kn# gcc Downloads/proj3,c -o p3 rootubuntu: /horne/kn# + /p3ACChild Process 1 is killed by Parent!Child Process 2 is killed by Parent!加上 signal(SIGQUIT, SIG-IGN)后:rootubuntu: /hotne/kn# gcc Downloads/pro. c -o p3 rootubuntu:/home/kn# */p3 忙Child Process 2 ts killed by Parent IChi

21、ld Process 1 is killed by Parent!Parent Process Is killed I rootgubuntu:/home/kn# |加上 signal(SIGINT, SIG-IGN) 和 signal(SIGQUIT, SIG-IGN) 后:rootubuntu:/home/kn# gcc Downloads/proJ3.c -o p3 rootubuntu:/home/kn# */p3- 忙Child Process 2 vs killed by Parent!Child Process 1 ts killed by Parent!Parent Proce

22、ss Is killed rootubuntu:/home/kn# |iv. 分析：只加上signal(SIGINT, SIG-IGN)，则父程序不再继续输出，程序 处于wait状态，因为在父进程收到信号时已默认为被杀死，程序停 留在 wait，不再继续进行，也没有父进程的输出。而当只加上 signal(SIGQUIT, SIG-IGN)时，输出结果不变。加上 signal(SIGINT, SIG-IGN)和signal(SIGQUIT,SIG-IGN)后，输出结果依旧不变。但是后两种情况的含义是不同的。当只加了 signal(SIGQUIT, SIG-IGN) 时，子进程收到键盘上的ctrl

23、+C中断信号从而被杀死，输出killed语句。而同时加上这两句话，屏蔽了从键盘上传来的中断信号，因此子进程接收到父进程传来的软中断信号，所以被杀死，输出killed语句。4.进程的管道通信：a)题目要求：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：Child 1 is sending a message!Child 2 is sending a message!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b) 程序设计说明：两个子进程分别

24、向管道写一句话，为了避免两个进程抢占管道，利用一个sleep()函数将两个进程有效的时间区分开来，并且在第一个进程写进数据时，对管道进行加锁，写完后解锁，第二个进程继续写数据，以此避免冲突的产生。而父进程则在子进程全部进行完毕后再执行。c) 源代码：9int PIPE_MAX -;10const int RW_MAX = 0x40;/r/w buffer max size11int main)12 0);/loc34sprintf(wbf Child 2 is sending a message!n);35write (river 1 rRW_MAX);36lockf(riverlj, 0*

25、0);J37exit(0);39394041wait(NULL);/wait pl42read(river0f rb, RW_MAX);43prlntfCsXn-*, rb);44wait (NULL);Z/ait p245read(river0, rb, RW_MAX);46prlntf(Wsn,l( rb);47exit(0);484950r- nliiina 11fiihEn Xd) 运行结果:rootubuntu:/hoME/kn# gcc Downlodds/praj4u -o p4 rootgubuntu:/home/kn# /p4Child 1 ts sending a ness

26、agelChild 2 is sending a nessagelrootubuntu:/home/kn# |e) 分析：若是多次进行管道写入，并想保证一个进程完整运行，则必须加锁；若单次，不一定需要lockf()，因为一个标准输出流一定会完整的写完不 被中断，然后再进行其他操作。在管道通信中，系统调用pipe()函数初始化一个二元组作为管道，1为出，0为进，以此来保证管道通信不发生 冲突。五、思考：1. 系统是怎样创建流程的？操作系统在创建流程时，首先申请空白的PCB(进程控制块)，再为新进程分派资源，然后初始化 PCB，最终将新进程插入就绪队列中。而在我们编程的 过程中，系统通过调用for

27、k()函数来创建进程。而当一个进程中调用了fork()函数时，则系统会为这个进程创建一个子进程。这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程 ID，其他部分都一样。也就是说新进程通过克隆老进程或是 当前进程来创建。其中系统调用fork()或clone()函数可以创建新任务，复制 发生在核心状态下地核心中。复制完成后，Linux允许两个进程共享资源而不是复制各自的拷贝(包括文件、信号处理过程和虚拟存)。而在创建后，先执行父进程还是子进程则取决于核的调度算法。子进程被 创建后，父子进程相互竞争系统的资源，并行执行。若想子进程先继续执行， 则需要父进程阻塞至子进程完成任务，即用wait()系统调用来完成

28、。2. 可执行文件加载时进行了哪些处理？在编译执行源代码的过程中，由程序，到编译预处理，到编译，到优化程 序，到汇编程序，到程序，最后到可执行文件。在加载可执行文件时首先操作 系统应该判断该文件是否为一个合法的执行文件，若是则按照段表中的指示为可执行文件分配地址空间。在加载文件的过程中， 主要是需要加载程序段和数据段到存，并且进行外部定义符号的重定位。任何一个可执行文件， 启动时都需要调用 Ntdll.dll 中的 NtCreateProcess()函数。3. 当首次调用新创建进程时，其入口在哪里？在进程队列ready的状态下，由离自己最近的父进程执行调度，即入口在最近的父进程处，是fork(

29、)之后的语句。4. 进程通信有什么特点？linux下进程间通信的几种主要方式：管道(Pipe )及有名管道(named pipe):管道可用于具有亲缘关系进程间的 通信，有名管道克服了管道没有名字的限制， 因此，除具有管道所具有的功能外， 它还允许无亲缘关系进程间的通信；信号(Signal )：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件 发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux 除了支持Unix早期信号语义函数 sigal夕卜，还支持语义符合 Posix.1标准的信号函数 sigaction(实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用 sigaction 函数重新实现了 signal函数)；报文(Message)队列(消息队列)：消息队列是消息的表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权 限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只 能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。共享存：使得多个进程可以访问同一块存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使 用，来达到进程间的同步及互斥。信号量(