Linux进程管理系统实验

1、实用文案Linux进程管理实验一、实验内容：1.利用bochs观测linux0.11下的PC进程控制结构。2.利用bochs观测linux0.11下的fork.c源代码文件，简单分析其中的重要函数。3.在fork.c适当位置添加代码，以验证fork函数的工作原理。二、Linux进程管理机制分析Lin ux有两类进程：一类是普通用户进程，一类是系统进程，它既可以在用户空间运行，又可以通过系统调用进入内核空间，并在内核空间运行；另一类叫做内核进程，这种进程只能在内核空间运行。 在以i386为平台的Linux系统中，进程由进程控制块，系统堆栈，用 户堆栈，程序代码及数据段组成。Linux系统中的每一

2、个用户进程有 两个堆栈：一个叫做用户堆栈，它是进程运行在用户空间时使用的堆 栈；另一个叫做系统堆栈，它是用户进程运行在系统空间时使用的堆 栈。1.Linux进程的状态：Linux进程用进程控制块的state域记录了进程的当前状态，一个Linux 进程在它的生存期中，可以有下面6种状态。1.就绪状态(TASK_RUNNING):在此状态下，进程已挂入就绪队列， 进入准备运行状态。2.运行状态(TASK_RUNNING):当进程正在运行时，它的state域中的值不改变。但是Linux会用一个专门指针(current)指向当前运行的任务。实用文案3.可中断等待状态(TASK_INTERRUPTIBL

3、E):进程由于未获得它所申请的资源而处在等待状态。不管是资源有效或者中断唤醒信号都能 使等待的进程脱离等待而进入就绪状态。即”浅睡眠状态”4.不可中断等待状态(TASK_UNINTERRUPTIBLE):这个等待状态与 上面等待状态的区别在于只有当它申请的资源有效时才能被唤醒， 而 其它信号不能。即深睡眠状态”5.停止状态(TASK_STOPPED):当进程收到一个SIGSTOP信号后 就由运行状态进入停止状态，当收到一个 SINCONT信号时，又会恢 复运行状态。挂起状态。6.终止状态(TASK_ZOMBIE)进程因某种原因终止运行，但进程控制 块尚未注销。即僵死状态”状态图如下所示：2.L

4、inux进程控制块: 在Linux中，进程控制块为数据结构task_struct,它包含了大量该进程 的信息，这些信息大致为以下几类：实用文案1).进程的当前状态2).调度信息3).进程标识4).进程的通信信息5)进程与其它进程之间关系的信息6).使用文件的信息7).虚拟内存与物理内存的关系8).计时器9).处理器与进程的有关信息3.Fork 函数：父进程创建一个子进程最方便快捷的方式就是把父进程的控制 块照原样复制一个，然后再根据子进程的修改特点对它进行必要的修 改，形成子进程的控制块。系统调用 fork()通过调用 find_empty_process 及copy_process 等函数复

5、制一个当前进程的进程控制块，然后用新进程标识修改旧标 识，填写子进程与父进程关系，创建子进程堆栈和数据区。因此，fork()执行后，父子进程共享同一个存储空间，父进程的所有 可共享资源都被子进程通过数据结构的复制继承了过来。在父进程调用forkfork( (与在子进程中调用fork()fork(), fork()fork()的返回值不同！ 如果是在父进程调用fork()fork()，则fork()fork()就复制出一个子进程，并返回子 进程的标识IDID,如果创建子进程失败，则fork(fork() )的返回值为-1;-1;而如果 实用文案文件夹，如下所在子进程调用fork(),fork()

6、,则它返回的是0 0。三、实验步骤及结果在安装目录下双击bochs.exe，选择提供好的linux0.11配置文件， 点击start，启动虚拟机，如下图所示：Licenced f or use mi th boch courtesy of MandralkcSoft-For inforMotion on this OP other UGA deuelopment products contact El in Sys terns at - (800) 723-9938 or uuu .elji tin. comHochs J3 1US - builA：RRftuisinn： 1.Z31 $ SD

7、rtte： Z6fin4/26 17：1?；0? SPpt ioTE : apirtbios pc ib IDS e 1 tor ito remb i 032Ct妞曲 master: Keneric 1Z34 ATA-b Hard-Disk (59 IIBytesIPress F12 f or boot menu kBootie。from Floppy,.HD( (1 iFiy system * .Partit inn tflble ok .4510/fcG09G free blocks19ZZ0/Ze0O& free Inodes3462 buffers = 3545G08 bytes bu

8、ffer spaceFree metfl: 1253291Z bytesOk L/usr/root Jtt利用bochs观测linuxO.11下的PCB进程控制结构1.切换工作目录到 /usr/src/linux/include/linux示:Llit cdex* 1 inmix* iirtc ludel inurL usrZsxc( ( 1 i FIUX/i nu 1, ndu” 1 inuLxl# 1 s匚oifiFig.h F s hhead hrm hsys Fif dresf h hdregkerine I . h sclied ti tty . hzusrzsi*c/ 1 inux

9、z inc Ludezl i nux IS2.利用vi编辑器打开sched.h头文件，寻找struct task_struct 结构体的定义，如下:实用文案1stritcl tak_sti?uct G slopped wLong prior*i电Loit( (r sigrna 1.struct s igfacion s igact LOHL32JJLonir blocked/* titmap ofsignals */var- ions f ields *z1 nt exit _code;u.ns i gned short file sgsteht info */ Fn七 tty；uns iqn

10、ed short str net m_Lnode struct m inodeso i 七 milst be s ignedstr netm Lnode二 executab1E：uns i gned Long 0士孔1*电_匚口|4空 # eindl_u口亠亡Endl_dlE *艮brk舍七也七_wit;k： Lon( (r pid,f ather,pgrp,session leader;uns igned hoi-t HI4 j Euid t IL id i unsigned short tjld jegid,SQ id； long a lam;lon( ( utime j st ime,

11、cut ime, cst imej start 11 me Jns Ed_raa七 :Z* 1 i f ria tty unasllong ebpPlong edi j long esi lony gsj tong noneT long ebxJlong ecXjlong edx, long fslong esj Long dsjE ip j lonq cs, long ef lags, iofiff esp j 1 ong ss JslaLe - TA5K_UMINTERKUFTIBLE, p pid 工 lci3t_pid； p fither = current id： p-couri t

12、er = p-pr iot i ty :_p-s ignal = 0;在该函数中有*p=*current 代码，这句代码表示：current是指向父进程PCB吉构体的指针，p是指向子进程PCB吉构体的 指针，操作系统先把父进程的PC结构体完完整整的复制了一份给子 进程。2.找到copy_mer函数，发现其调用copy_page_tables。其中，copy_page_tables 的实现在 /usr/src/linux/mm/memory.c 文件中，其代码截图如下：ini copymewit int nr t struct task_3trnct * p)uns igned .1 ong t

13、d_datfl_has：e, nRU_( (iata_bfixe,data_J in it； unsianFd I nng n n巳u_r:rHl亡一血穴否亡.jm it ：cudii_l ini1ml I CGxGf );lata limi L-irEL_liiiill CGxi?) u ld_c;udr_lKLJir -tLitiTEiiL- ldl 11 J );al( (l_tlatn_lj4Sc - gcjt_bcsc (current ldt 2 1 ;i f tald_da ta_base !- o J d_code_base)pahicCUe den*t suppoift se

14、parate D)IIf (data_l i it ucwlj imit)necj_stflrt_codft = new-cnde-hAsei set_bdsetp-IdtEU ,reu_code _baseJ； set_bcisK (ji- IdlLZJ j neu_ddt*_bt&se);IT (cupLi_piift_lcib les (J ld_dALd_buie t titw_da Lft_bnse,cli to_ L Ini L)( f rcc poiq|c_tflb les(nth) )_dadatft_l innit)； return -EHOnEM；return G:i it

15、i f rce_iinye_lrtb I (n i j Nttil Luny fruniyrtK( (l ung x ixtt 1p 2Z；dlr = Z0) St Oxf f c )： / _pg_dLr = G *x fur ; HIKE-; dir+*l iif (!(1 *dir)cont i nue；pg tabic k Curts tgntd IOTIQ * J (Oxfrr f TOGO ft *d i r 1 ；for (nr-0 : HP1OZ4 ; nr *+J -EEf Cl ftfree pagcCOxfr tf f DGQ &tab Lc )i ；*pg_tab ie

16、 - W；PU_Lscirt_co20)6OxTfc) i exper_page_t ab le=(unsijneA 1 DingC Qxf f ffC *exp ejr_ii i r ) J ；pr Lntk C p Id ： z I An*p-pld ;pr Fnth ( pagc-tab i c -xldn * t *expcr_pcife_4ablc J :fdrtkl=6;kls七户t_ccjde!：expEr_r1 ir-CnsignE?d 1 dug temperf c 5 exptr_pt!jc_ttille-(mis li|ntd 1UIIL| * 】(Gf ff f f(*

17、exper_d Ir),pf imk(1 p id ：黒 ldnu/ tasJcEldl:pr intk5&p-father!=4)是为了区别系统进程与用户进程而设置的。因为，如果不这样区分，会导致打印出一些我们不想 看到的信息，造成混乱，不方便实验观察。p-start_code是p所指向 进程的页目录信息。exper_page_table是p所指向进程的页表信息。For(k1=0;k1NR_TASKS;k1+)循环是在系统的进程槽中找到p所指向 进程的父进程，然后，将父进程相关页目录，页表信息打印。3保存并退出vi编辑器，切换工作目录到/usr/src/linux执10行.make clea

18、n命令，将系统以前的编译信息清除掉。4.然后执行make命令，重新编译linux0.11内核5.编译完成后，输入dd bs=8192 if=lmage of=/dev/fd0 ，用新生成的内核替换掉旧的内核。实用文案/usr/irrEZl imixlJt drlif-Imdyt: uf-/clnuzfrlfi15*1 records in15+1 records out6点击bochs中中的reset按钮，重启虚拟机；重启后，编译运行experiment.c文件，观察实验效果，其中experiment.c程序代码如下图所示：Eincludettincludei n七 ma in()pid_t pi d ：if(pid=forkC)=-lDpri ntF (,rfork errnr J ；else if(pid=6)pr intf (11 i am ch i Id my p i d is dSnir i d ()； S lccpdGQ) Jelsepr intf(am father