实验二-进程管理.doc
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实验二进程管理
实验目的
通过进程的创建、撤销和运行加深对进程概念和进程并发执行的理解，明确进程与程序的区别。
实验内容
1、了解系统调用fork（）、exec（）、exit（）和waitpid（）的功能和实现过程。
2、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“b”和“c”。
试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。
3、编写一段程序，使用系统调用fork（）来创建一个子进程，子进程通过系统调用exec（）更换自己的执行代码，显示新的代码“newprogram.”后，调用exit（）结束。
而父进程则调用waitpid（）等待子进程结束，并在子进程结束后显示子进程的标识符，然后正常结束。
实验指导
一、所涉及的系统调用
1、getpid
在2.4.4版内核中，getpid是第20号系统调用，其在Linux函数库中的原型是：
#include/*提供类型pid_t的定义*/
#include/*提供函数的定义*/
pid_tgetpid（void）;
getpid的作用很简单，就是返回当前进程的进程ID，请大家看以下的例子：
/*getpid_test.c*/
#include
main（）
{
printf（"ThecurrentprocessIDis%d\n",getpid（））;
}
这个程序的定义里并没有包含头文件sys/types.h，这是因为我们在程序中没有用到pid_t类型，pid_t类型即为进程ID的类型。
事实上，在i386架构上（就是我们一般PC计算机的架构），pid_t类型是和int类型完全兼容的，我们可以用处理整形数的方法去处理pid_t类型的数据，比如，用"%d"把它打印出来。
编译并运行程序getpid_test.c：
$gccgetpid_test.c-ogetpid_test
$./getpid_test
ThecurrentprocessIDis1980
（你自己的运行结果很可能与这个数字不一样，这是很正常的。
）
再运行一遍：
$./getpid_test
ThecurrentprocessIDis1981
正如我们所见，尽管是同一个应用程序，每一次运行的时候，所分配的进程标识符都不相同。
2、fork
在2.4.4版内核中，fork是第2号系统调用，其在Linux函数库中的原型是：
#include/*提供类型pid_t的定义*/
#include/*提供函数的定义*/
pid_tfork（void）;
创建一个新进程。
系统调用格式：
pid=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（parentprocess）的副本，称为子进程（childprocess）。
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。
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目
超过预先规定的最大数目时，fork（）系统调用失败。
（3）拷贝进程表项中的数据
将父进程的当前目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
对父进程当前目录和所有已打开的文件表项中的引用计数加1。
（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。
例：
…..
pid=fork（）;
if（pid==0）
printf（"I'mthechildprocess!
\n"）;
elseif（pid>0）
printf（"I'mtheparentprocess!
\n"）;
else
printf（"Forkfail!
\n"）;
……
PC
fork（）调用前
PC
fork（）调用后
…..
PC
pid=fork（）;
if（pid==0）
printf（"I'mthechildprocess!
\n"）;
elseif（pid>0）
printf（"I'mtheparentprocess!
\n"）;
else
printf（"Forkfail!
\n"）;
……
…..
pid=fork（）;
if（pid==0）
printf（"I'mthechildprocess!
\n"）;
elseif（pid>0）
printf（"I'mtheparentprocess!
\n"）;
else
printf（"Forkfail!
\n"）;
……
3、exit
在2.4.4版内核中，exit是第1号调用，其在Linux函数库中的原型是：
#include
voidexit（intstatus）;
不像fork那么难理解，从exit的名字就能看出，这个系统调用是用来终止一个进程的。
无论在程序中的什么位置，只要执行到exit系统调用，进程就会停止剩下的所有操作，清除包括PCB在内的各种数据结构，并终止本进程的运行。
请看下面的程序：
/*exit_test1.c*/
#include
main（）
{
printf（"thisprocesswillexit!
\n"）;
exit（0）;
printf（"neverbedisplayed!
\n"）;
}
编译后运行：
$gccexit_test1.c-oexit_test1
$./exit_test1
thisprocesswillexit!
我们可以看到，程序并没有打印后面的"neverbedisplayed!
\n"，因为在此之前，在执行到exit（0）时，进程就已经终止了。
exit系统调用带有一个整数类型的参数status，我们可以利用这个参数传递进程结束时的状态，比如说，该进程是正常结束的，还是出现某种意外而结束的，一般来说，0表示没有意外的正常结束；其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束。
我们在实际编程时，可以用wait系统调用接收子进程的返回值，从而针对不同的情况进行不同的处理。
exit和_exit
_exit在Linux函数库中的原型是：
#include
void_exit（intstatus）;
_exit（）函数的作用最为简单：
直接使进程停止运行，清除其使用的内存空间，并销毁其在内核中的各种数据结构；exit（）函数则在这些基础上作了一些包装，在执行退出之前加了若干道工序，也是因为这个原因，有些人认为exit已经不能算是纯粹的系统调用。
exit（）函数与_exit（）函数最大的区别就在于exit（）函数在调用exit系统调用之前要检查文件的打开情况，把文件缓冲区中的内容写回文件。
在Linux的标准函数库中，有一套称作“高级I/O”的函数，我们熟知的printf（）、fopen（）、fread（）、fwrite（）都在此列，它们也被称作“缓冲I/O（bufferedI/O）”，其特征是对应每一个打开的文件，在内存中都有一片缓冲区，每次读文件时，会多读出若干条记录，这样下次读文件时就可以直接从内存的缓冲区中读取，每次写文件的时候，也仅仅是写入内存中的缓冲区，等满足了一定的条件（达到一定数量，或遇到特定字符，如换行符\n和文件结束符EOF），再将缓冲区中的内容一次性写入文件，这样就大大增加了文件读写的速度，但也为我们编程带来了一点点麻烦。
如果有一些数据，我们认为已经写入了文件，实际上因为没有满足特定的条件，它们还只是保存在缓冲区内，这时我们用_exit（）函数直接将进程关闭，缓冲区中的数据就会丢失，反之，如果想保证数据的完整性，就一定要使用exit（）函数。
请看以下例程：
/*exit2.c*/
#include
main（）
{
printf（"outputbegin\n"）;
printf（"contentinbuffer"）;
exit（0）;
}
编译并运行：
$gccexit2.c-oexit2
$./exit2
outputbegin
contentinbuffer
/*_exit1.c*/
#include
main（）
{
printf（"outputbegin\n"）;
printf（"contentinbuffer"）;
_exit（0）;
}
编译并运行：
$gcc_exit1.c-o_exit1
$./_exit1
outputbegin
在一个进程调用了exit之后，该进程并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程（Zombie）的数据结构。
在Linux进程的5种状态中，僵尸进程是非常特殊的一种，它已经放弃了几乎所有内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集。
/*zombie.c*/
#include
#include
main（）
{
pid_tpid;
pid=fork（）;
if（pid<0） /*如果出错*/
printf（"erroroccurred!
\n"）;
elseif（pid==0）/*如果是子进程*/
exit（0）;
else /*如果是父进程*/
sleep（60）; /*休眠60秒，这段时间里，父进程什么也干不了*/
wait（NULL）; /*收集僵尸进程*/
}
sleep的作用是让进程休眠指定的秒数，在这60秒内，子进程已经退出，而父进程正忙着睡
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