进程的创建与并发执行带答案版.docx
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进程的创建与并发执行带答案版
进程的创建与并发执行-带答案版
实验二进程管理
2.1进程的创建与并发执行
1.实验目的
（1）加深对进程概念的理解,理解进程和程序的区别。
（2）认识并发进程的实质。
分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。
（3）理解系统调用和用户命令的区别。
2.实验类型：
验证型
3.实验学时：
2
4.实验原理和知识点
（1）实验原理：
程序的并发执行具有随机性和不可再现性。
程序并发执行会导致资源共享和资源竞争，各程序向前执行的速度会受资源共享的制约。
程序的动态执行过程用进程这个概念来描述。
由于向前推进的速度不可预知，所以多个进程并发地重复执行，整体上得到的结果可能不同。
但要注意，就其中某单个进程而言，其多次运行结果是确定的。
（2）知识点：
进程、子进程、并发执行的特性；
5.实验环境（硬件环境、软件环境）：
（1）硬件环境：
IntelPentiumIII以上CPU，128MB以上内存，2GB以上硬盘
（2）软件环境：
linux操作系统。
6.预备知识
（1）fork（）系统调用
头文件：
#includeunixstandardheader
/*是POSIX标准定义的unix类系统定义符号常量的头文件，包含了许多UNIX系统服务的函数原型，例如read函数、write函数和getpid函数*/
函数原型：
pid_tfork（void）;
/*是Linux下的进程号类型，也就是ProcessID_Type的缩写。
其实是宏定义的unsignedint类型*/
函数功能：
fork的功能是创建子进程。
调用fork的进程称为父进程。
如图2.1所示。
子进程是父进程的一个拷贝，它继承了父进程的用户代码、组代码、环境变量、已打开的文件代码、工作目录及资源限制。
fork语句执行后，内核向父进程返回子进程的进程号，向子进程返回0。
父子进程都从fork（）的下一句开始并发执行。
返回值：
返回值==-1：
创建失败。
返回值==0：
程序在子进程中。
返回值>0：
程序在父进程中。
（该返回值是子进程的进程号）
编程提示：
虽然子进程是父进程的一个复制品，但父子的行为是不同的。
编程时要抓住内核的返回值。
通过返回值，可以知道是父进程还是子进程，因而可以编写不同行为的代码。
图2.1fork（）创建进程示意图
（2）wait（）系统调用
头文件：
#include
函数原型：
pid_twait（int*status）;
函数功能：
wait的功能是等待子进程结束。
发出wait调用的进程只要有子进程，就会睡眠直到子进程中的一个终止为止。
若没有子进程，则该调用立即返回。
函数参数：
status是子进程退出时的状态信息。
返回值：
成功则返回子进程号，否则返回-1。
（3）getpid（）系统调用
头文件：
unistd.h，在VC++6.0下可以用process.h
函数原型：
pid_tgetpid（void）;
函数功能：
wait的功能是将父进程挂起，等待子进程终止。
getpid函数用来取得目前进程的进程ID，许多程序利用取到的此值来建立临时文件，以避免临时文件相同带来的问题。
返回值：
目前进程的进程ID。
（4）其他系统调用
exit–终止进程
exec–执行一个应用程序
nice–改变进程的优先
7.实验内容与步骤（将所有截图换成用户名为你们自己姓名的拼音，并回答所有的问题）
（1）运行图2.1所示程序
将图2.1中的源程序保存为e201.c
在终端中编译gcc–oe201e201.c
运行./e201
此时，程序为死循环，在该终端中无法继续输入命令执行，于是，我们可以暂时不管这一个终端，而是再新建一个终端，然后键入ps–e，列出当前所有进程
观察屏幕，是否有两个名为e201的进程。
比较它们的进程号，判别哪个是父进程，哪个是子进程。
程序中的while
（1）;语句是为了不让程序退出来，以便于你观察进程状态。
用kill命令把这两个进程终止。
可见，第一个终端如下图所示，已经从死循环中解救出来了。
当然，最简单粗暴的方法不是关闭相关进程，而是直接通过ctrl+c强制结束。
对图2.1的程序稍加改进，可看见两个进程的进程号。
（2）编写一段名为e202.c的源程序,使用系统调用fork（）创建两个子进程p1和p2。
p1的功能为显示字符'b'，p2的功能为显示字符'c'，父进程的功能为显示字符'a'，父进程和两个子进程并发运行。
不停的运行e202，观察并记录屏幕上的显示结果。
程序设计过程：
用while语句控制fork（）直到创建成功。
用if语句判别是在子进程中还是在父进程中。
程序运行后会创建三个进程，它们分别是子进程p1、p2、父进程。
这三个进程并发运行。
假定子进程有些任务要做，完成这些任务要花一定时间，因此，可以用一个延时函数简单地模拟这些任务。
//e202.c
#include
voiddelay（intx）/*延时函数*/
{
inti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j}
intmain（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;/*创建子进程p1*/
if（p1==0）/*子进程p1创建成功*/
{
delay（4096）;/*子进程p1延时*/
putchar（'b'）;/*子进程p1显示字符'b'*/
}else{
while（（p2=fork（））==-1）;/*创建子进程p2*/
if（p2==0）/*子进程p2创建成功*/
{
delay（2048）;/*子进程p2延时*/
putchar（'c'）;/*子进程p2显示字符'c'*/
}else{
putchar（'a'）;/*父进程显示字符'a'*/
}
}
return0;
}
按向上的光标键、回车，运行刚才的程序。
快速重复这个步骤，观察并记录结果。
请回答问题：
屏幕上是否有时显示bac,有时显示bca，…。
为什么会这样呢？
（3）参考
（1）完成下列程序设计
父子进程同步实验：
编写一段程序,使用系统调用fork（）创建一个子进程，子进程求1+2+……+100的和并打印出来，使用系统调用wait（）让父进程等待子进程结束。
请贴出源代码截图：
请贴出正确运行截图：
（4）已知下列Linux程序执行后,运行结果如下，请画出进程家族树（以进程号标示进程，注意，每次运行进程号都不一样）。
//Linux程序
#include"stdio.h"
#include"unistd.h"
intmain（）
{
intp1,p2,p3;
p1=fork（）;
p2=fork（）;
p3=fork（）;
//注：
getpid（）获取当前进程pid
if（p1>0&&p2>0&&p3>0）printf（"A:
%d\n",getpid（））;
if（p1==0&&p2>0&&p3>0）printf（"B:
%d\n",getpid（））;
if（p1==0&&p2==0&&p3>0）printf（"C:
%d\n",getpid（））;
if（p1==0&&p2==0&&p3==0）printf（"D:
%d\n",getpid（））;
if（p1==0&&p2>0&&p3==0）printf（"E:
%d\n",getpid（））;
if（p1>0&&p2==0&&p3>0）printf（"F:
%d\n",getpid（））;
if（p1>0&&p2==0&&p3==0）printf（"G:
%d\n",getpid（））;
if（p1>0&&p2>0&&p3==0）printf（"H:
%d\n",getpid（））;
sleep（10）;
return0;
}
这些进程构成的进程树为（要画出进程树才有加分哦!
）：
psf命令可以查看当前终端进程的进程数关系图
8.心得体会
附录pstree的用法
格式：
pstree
以树状图显示进程，只显示进程的名字，且相同进程合并显示。
格式：
pstree-p
以树状图显示进程，还显示进程PID。
格式：
pstree
格式：
pstree-p
以树状图显示进程PID为的进程以及子孙进程，如果有-p参数则同时显示每个进程的PID。
附录Linux系统调用列表
以下是Linux系统调用的一个列表，包含了大部分常用系统调用和由系统调用派生出的的函数。
其中有一些函数的作用完全相同，只是参数不同。
（有点像C++函数重载，但是Linux核心是用C语言写的，所以只能取成不同的函数名）。
还有一些函数已经过时，被新的更好的函数所代替了（gcc在链接这些函数时会发出警告），但因为兼容的原因还保留着，这些函数在前面标上“*”号以示区别。
各系统调用的使用方法，可以通过man命令获得。
一、进程控制：
fork
创建一个新进程
clone
按指定条件创建子进程
execve
运行可执行文件
exit
中止进程
_exit
立即中止当前进程
getdtablesize
进程所能打开的最大文件数
getpgid
获取指定进程组标识号
setpgid
设置指定进程组标志号
getpgrp
获取当前进程组标识号
setpgrp
设置当前进程组标志号
getpid
获取进程标识号
getppid
获取父进程标识号
getpriority
获取调度优先级
setpriority
设置调度优先级
modify_ldt
读写进程的本地描述表
nanosleep
使进程睡眠指定的时间
nice
改变分时进程的优先级
pause
挂起进程，等待信号
personality
设置进程运行域
prctl
对进程进行特定操作
ptrace
进程跟踪
sched_get_priority_max
取得静态优先级的上限
sched_get_priority_min
取得静态优先级的下限
sched_getparam
取得进程的调度参数
sched_getscheduler
取得指定进程的调度策略
sched_rr_get_interval
取得按RR算法调度的实时进程的时间片长度
sched_setparam
设置进程的调度参数
sched_setscheduler
设置指定进程的调度策略和参数
sched_yield
进程主动让出处理器,并将自己等候调度队列队尾
vfork
创建一个子进程，以供执行新程序，常与execve等同时使用
wait
等待子进程终止
wait3
参见wait
waitpid
等待指定子进程终止
wait4
参见waitpid
capget
获取进程权限
capset
设置进程权限
getsid
获取会晤标识号
setsid
设置会晤标识号
二、文件系统控制
1、文件读写操作
fcntl
文件控制
open
打开文件
creat
创建新文件
close
关闭文件描述字
read
读文件
write
写文件
readv
从文件读入数据到缓冲数组中
writev
将缓冲数组里的数据写入文件
pread
对文件随机读
pwrite
对文件随机写
lseek
移动文件指针
_llseek
在64位地址空间里移动文件指针
dup
复制已打开的文件描述字
dup2
按指定条件复制文件描述字
flock
文件加/解锁
poll
I/O多路转换
truncate
截断文件
ftruncate
参见truncate
umask
设置文件权限掩码
fsync
把文件在内存中的部分写回磁盘
2、文件系统操作
access
确定文件的可存取性
chdir
改变当前工作目录
fchdir
参见chdir
chmod
改变文件方式
fchmod
参见chmod
chown
改变文件的属主或用户组
fchown
参见chown
lchown
参见chown
chroot
改变根目录
stat
取文件状态信息
lstat
参见stat
fstat
参见stat
statfs
取文件系统信息
fstatfs
参见statfs
readdir
读取目录项
getdents
读取目录项
mkdir
创建目录
mknod
创建索引结点
rmdir
删除目录
rename
文件改名
link
创建链接
symlink
创建符号链接
unlink
删除链接
readlink
读符号链接的值
mount
安装文件系统
umount
卸下文件系统
ustat
取文件系统信息
utime
改变文件的访问修改时间
utimes
参见utime
quotactl
控制磁盘配额
三、系统控制
ioctl
I/O总控制函数
_sysctl
读/写系统参数
acct
启用或禁止进程记账
getrlimit
获取系统资源上限
setrlimit
设置系统资源上限
getrusage
获取系统资源使用情况
uselib
选择要使用的二进制函数库
ioperm
设置端口I/O权限
iopl
改变进程I/O权限级别
outb
低级端口操作
reboot
重新启动
swapon
打开交换文件和设备
swapoff
关闭交换文件和设备
bdflush
控制bdflush守护进程
sysfs
取核心支持的文件系统类型
sysinfo
取得系统信息
adjtimex
调整系统时钟
alarm
设置进程的闹钟
getitimer
获取计时器值
setitimer
设置计时器值
gettimeofday
取时间和时区
settimeofday
设置时间和时区
stime
设置系统日期和时间
time
取得系统时间
times
取进程运行时间
uname
获取当前UNIX系统的名称、版本和主机等信息
vhangup
挂起当前终端
nfsservctl
对NFS守护进程进行控制
vm86
进入模拟8086模式
create_module
创建可装载的模块项
delete_module
删除可装载的模块项
init_module
初始化模块
query_module
查询模块信息
*get_kernel_syms
取得核心符号,已被query_module代替
四、内存管理
brk
改变数据段空间的分配
sbrk
参见brk
mlock
内存页面加锁
munlock
内存页面解锁
mlockall
调用进程所有内存页面加锁
munlockall
调用进程所有内存页面解锁
mmap
映射虚拟内存页
munmap
去除内存页映射
mremap
重新映射虚拟内存地址
msync
将映射内存中的数据写回磁盘
mprotect
设置内存映像保护
getpagesize
获取页面大小
sync
将内存缓冲区数据写回硬盘
cacheflush
将指定缓冲区中的内容写回磁盘
五、网络管理
getdomainname
取域名
setdomainname
设置域名
gethostid
获取主机标识号
sethostid
设置主机标识号
gethostname
获取本主机名称
sethostname
设置主机名称
六、socket控制
socketcall
socket系统调用
socket
建立socket
bind
绑定socket到端口
connect
连接远程主机
accept
响应socket连接请求
send
通过socket发送信息
sendto
发送UDP信息
sendmsg
参见send
recv
通过socket接收信息
recvfrom
接收UDP信息
recvmsg
参见recv
listen
监听socket端口
select
对多路同步I/O进行轮询
shutdown
关闭socket上的连接
getsockname
取得本地socket名字
getpeername
获取通信对方的socket名字
getsockopt
取端口设置
setsockopt
设置端口参数
sendfile
在文件或端口间传输数据
socketpair
创建一对已联接的无名socket
七、用户管理
getuid
获取用户标识号
setuid
设置用户标志号
getgid
获取组标识号
setgid
设置组标志号
getegid
获取有效组标识号
setegid
设置有效组标识号
geteuid
获取有效用户标识号
seteuid
设置有效用户标识号
setregid
分别设置真实和有效的的组标识号
setreuid
分别设置真实和有效的用户标识号
getresgid
分别获取真实的,有效的和保存过的组标识号
setresgid
分别设置真实的,有效的和保存过的组标识号
getresuid
分别获取真实的,有效的和保存过的用户标识号
setresuid
分别设置真实的,有效的和保存过的用户标识号
setfsgid
设置文件系统检查时使用的组标识号
setfsuid
设置文件系统检查时使用的用户标识号
getgroups
获取后补组标志清单
setgroups
设置后补组标志清单
八、进程间通信
ipc
进程间通信总控制调用
1、信号
sigaction
设置对指定信号的处理方法
sigprocmask
根据参数对信号集中的信号执行阻塞/解除阻塞等操作
sigpending
为指定的被阻塞信号设置队列
sigsuspend
挂起进程等待特定信号
signal
参见signal
kill
向进程或进程组发信号
*sigblock
向被阻塞信号掩码中添加信号,已被sigprocmask代替
*siggetmask
取得现有阻塞信号掩码,已被sigprocmask代替
*sigsetmask
用给定信号掩码替换现有阻塞信号掩码,已被sigprocmask代替
*sigmask
将给定的信号转化为掩码,已被sigprocmask代替
*sigpause
作用同sigsuspend,已被sigsuspend代替
sigvec
为兼容BSD而设的信号处理函数,作用类似sigaction
ssetmask
ANSIC的信号处理函数,作用类似sigaction
2、消息
msgctl
消息控制操作
msgget
获取消息队列
msgsnd
发消息
msgrcv
取消息
3、管道
pipe
创建管道
4、信号量
semctl
信号量控制
semget
获取一组信号量
semop
信号量操作
5、共享内存
shmctl
控制共享内存
shmget
获取共享内存
shmat
连接共享内存
shmdt
拆卸共享内存
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