实验一——Linux环境下的进程管理之欧阳家百创编

1、欧阳家百创编软件学院欧阳家百上机实验报告课程名称：操作系统实验项目：实验一：Linux环境下逬程管理实验室：耘慧402姓名：学号：专业班级：实验时间:实验成绩评阅教师内存的申请等预备知识。五、实验内容及步骤 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“訂;子进程分别显示字符“b”和字符“c”。试观察记录屏幕上的显示结 果，并分析原因。(2) 进程的控制修改已编写的程序，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

2、，并分析原因。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。(3) 用fork()创建一个进程，再调用exec()用新的程序替换该子进程的内容； 利用wait()来控制进程执行顺序。 实验步骤：1.进程的创建1.1进程UNIX中，进程既是一个独立拥有资源的基本单位，乂是一个独立调度的基本单 位。一个进程实体由若干个区(段)组成，包括程序区、数据区、栈区、共享存储区 等。每个区乂分为若干页，每个进程配置有唯一的进程控制块PCB,用于控制和管理进 程。PCB的数据结构如下：(1) 进程表项(Process Table Entry)。包括

3、一些最常用的核心数据： 进程标识符PID、用户标识符UID、进程状态、事件描述符、进程和U区在内存或外存的地址、软中断信号、计时域、进程的大小、偏置值nice、指向就绪队列中下 一个PCB的指针P_Link、指向U区进程正文、数据及栈在内存区域的指针。(2) U区(U Area)。用于存放进程表项的一些扩充信息。每一个进程都有一个私用的U区，其中含有：进程表项指针、真正用户标识符欧阳家百创编 u-ruid(read user ID)、有效用户标识符 ueuid(effective user ID)、用户文件 描述符表、计时器、内部I/O参数、限制字段、差错字段、返回值、信号处理数组。曲于UNI

4、X系统釆用段页式存储管理，为了把段的起始虚地址变换为段在系统中 的物理地址，便于实现区的共享，所以还有：(3) 系统区表项。以存放各个段在物理存储器中的位置等信息。系统把一个进程的虚地址空间划分为若干个连续的逻辑区，有正文区、数据 区、栈区等。这些区是可被共享和保护的独立实体，多个进程可共享一个区。为了对区 进行管理，核心中设置一个系统区表，各表项中记录了以下有关描述活动区的信息：区的类型和大小、区的状态、区在物理存储器中的位置、引用计数、指向文件 索引结点的指针。(4) 进程区表系统为每个进程配置了一张进程区表。表中，每一项记录一个区的起始虚地址 及指向系统区表中对应的区表项。核心通过查找进

5、程区表和系统区表，便可将区的逻辑 地址变换为物理地址。1. 2进程映像UNIX系统中，进程是进程映像的执行过程，也就是正在执行的进程实体。它山 三部分组成：(1) 用户级上、下文。主要成分是用户程序；(2) 寄存器上、下文。由CPI；中的一些寄存器的内容组成，如PC, PSW, SP及 通用寄存器等；(3) 系统级上、下文。包括OS为管理进程所用的信息，有静态和动态之分。1.3所涉及的系统调用fork()创建一个新进程。系统调用格式：pid=fork()参数定义：int fork()fork()返回值意义如下：0：在子进程中，pid变量保存的fork()返回值为0,表示当前进程是子进程。0：在

6、父进程中，pid变量保存的fork()返回值为子进程的id值(进程唯一 标识符)。-1：创建失败。如果fork()调用成功，它向父进程返回子进程的PID,并向子进程返回0,即 fork()被调用了一次，但返回了两次。此时OS在内存中建立一个新进程，所建的新进 程是调用fork()父进程(parent process )的副本，称为子进程(child process)。子进程继承了父进程的许多特性，并具有与父进程完全相同的用户级上下 文。父进程与子进程并发执行。1.4核心为fork()完成以下操作(1) 为新进程分配一进程表项和进程标识符进入fork()后，核心检查系统是否有足够的资源来建立一个

7、新进程。若资源 不足，则fork()系统调用失败；否则，核心为新进程分配一进程表项和唯一的进程标 识符。(2) 检查同时运行的进程数訂超过预先规定的最大数LI时，fork()系统调用失败。(3) 拷贝进程表项中的数据将父进程的当前LI录和所有已打开的数据拷贝到子进程表项中，并置进程的状 态为“创建”状态。(4) 子进程继承父进程的所有文件对父进程当前LI录和所有已打开的文件表项中的引用计数加lo(5) 为子进程创建进程上、下文进程创建结束，设子进程状态为“内存中就绪”并返回子进程的标识符。(6) 子进程执行虽然父进程与子进程程序完全相同，但每个进程都有自己的程序计数器PC(注 意子进程的PC开

8、始位置)，然后根据pid变量保存的fork()返回值的不同，执行了 不同的分支语句。六、实验数据及结果分析运行结果1厂回root(g)stud ent: /卓面_ X文件(F)漏辑(E查香2玻续(S) 终端帮助(HrooWstudent 黨面JJrootstudentrootstudentrootstudentrootstudentrootstudentrootstudent 桌面# ,/cbash：，/c：没有那个文件或目录rootstudentgcc -o vvvrootstudent MffiS ./ vvvbash： ./: is a directoryrooWstudent 童面fi

9、 gcc -o fffrooWstudent 桌面# . /fffab rooWstudent 桌面# cQ分析：山于函数printfO输出的字符串之间不会被中断，因此，每个字符串内部的桌面# 桌面# 莫面M 莫面# 車面Mgcc -o hahaha javac ./hahahagcc -o ZZ2 ./zzzgcc -o qqqjava, cjava, cjava, cjava, c字符顺序输岀时不变。但是,山于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。这与打印单字符的结果相同。运行结果2i roowstenx amj* gcc o

10、ccc rarentla/roarent 15/rparent 16/wrent 17/rparent 18/nparent 19/nparent 20/nwrent Zl/nparent 2 2/npererit 23/freit 2Vrfent28阿値 2np3r“t 28/npirw 2d/nparent 30/npdret 31/nprrt 32/rrent 矽g鹿ni35Zflpdrert 36/nparent 37/rsrent 38/nparent 39/nparent 40/npsrent 41/parent 42/grent 43/rcarent 44/WWT 45/wren

11、t 46Zrcerent 4?Zftpdre*n 4&/npdft50/wrent 51/npart 52/nrerit 53/rrnt您ni56Znpdre*it 5?/npdrt 58/nparen： 59/nparent 60/nparent 61/nparent 62/wrent 63/rarent 64/rarent 65/npare nt 54/rcent68Znpart 69/npdrnt Wn(rT ?l/wrnt ?2/4艸273/nrert 74/0“ni ?5ZrrenT ?6Zrdrent ?Znpdf6ftt 7/npareftt Wnrr.x 如 nparent 8

12、1/nparent 32/nwrert S3/r3rent 34/rparent 85/)arent 86/nparent 3T/npa rant 88/ru“t fift/npartd2/rarant O3/ftougMer /ndaughter 7/ndaughter B/nda uhtcr OZndautr lO/ntewtar n/ruqhtcr lS/ndauhtrw/rrfaughxe5)hxer 18ZrdduQHer 19/mhughl O)ZM#jghte r 21.ndJ9hter 22/ndaughter 23/ntoJ9hter 24/Miughter 25/ndaii

13、ter /ndaughter 2?/ntouchier F/Mjughter 2&/ndau9hter3i/rdau9hter a/nd&uhter 33/nddughte*3$/r/ndttu9hter BO/ndaughier 5i/ndau9 hxer 52/rdauohUr $3/ndiughter SVnjghxer SSZnddujter 56/e如hl 57/心uQhl er M/ndaughter SB/ndaujhter GO/ndauhter 61/ncaughter 62/ndaj9htr 63/ndoughter * 分析：因为上述程序执行时,lockf (1,1,0)

14、锁定标准输出设备，lockf(l,0, 0)解锁标准输出设备,在lockf(l, 1,0)与lockf(l,0, 0)中间的for循环输岀不会被中断，加锁与 不加锁效果不相同。运行结果3rwxr-xr-x1root7246bee1166J2v/orld rw1root283Dec100051test crw-r1root283Dec100651rtst.cr1root263Dec1101G4testl.crw-r1root611Dec11QIG4testl.crw-r1root0Dec70352Javal.rw-r1root99Dec70352Javal. jaw1root415Dec7035

15、2Javal.class rv/xr-xr-x 1root7246Dec11QG20hellorw-rr.1root0Dec100G24a.txtrw-1oot7Dec100024a. txtrwxr1root7261Dec100054a.out5 completed root(aiocalhostDesktop# L分析：程序在调用fork()建立一个子进程后，马上调用wait(),使父进程在子进程 结束之前，一直处于睡眠状态。子进程用exec()装入命令Is , exec()后，子进程的 代码被Is的代码取代，这时子进程的PC指向Is的第1条语句，开始执行Is的命令代 码。七、实验总结经过

16、这次上机实验的学习，我们一共做了三道题，碰到的第一问题是Linux系统并非我 们通常使用的Windows系统，还未上手便已产生畏惧的心理；碰到的第二个问题，在刚 开始搭建环境的时候，.后面的的并非手打而是按Tab键引出之后的代码，之后陆陆续 续的一些小问题，在老师、学长耐心的帮助下相对轻松地解决了，相比在课堂上老师的 讲解与课件的演示，最大的不同是我更加的直观且真实触摸到了这一学科，在实践的过 程中明口了当时逻辑并不清晰的抽象问题一一什么是进程，我想在实践的过程中我会更 加热爱这个学科并受益匪浅。附录源程序清单程序1#includestdio. hvoid main()int pl, p2;w

17、hile(pl=fork() =-l);if (pl=0) put char ( b);elsewhile(p2=fork() =-l);if (p2=0) putchar ( c);else putchar (，a);程序2#include #includemain()int pl, p2, i ;while(pl=fork() =-l);if (pl=0)lockf (1, 1, 0);for(i=0;i50;i+)printf(child %d/n, i); lockf (1,0, 0);elsewhile(p2=fork() =1);if (p2=0)lockf (1, 1, 0);for(i=0;i50;i+)printf (z/son %d/n, i); lockf (1,0, 0);elselockf (1, 1, 0);for(i