北邮大三操作系统进程管理实验报告.docx
《北邮大三操作系统进程管理实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮大三操作系统进程管理实验报告.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
北邮大三操作系统进程管理实验报告
实验一进程管理
1．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。
2．实验预备内容
（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。
3．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“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。
源代码如下：
#include
#include
#include
#include
#include
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pid_tpid1,pid2;
pid1=fork（）;
if（pid1<0）{
fprintf（stderr,"childprocess1failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid1==0）{
printf（"b\n"）;
}
else{
pid2=fork（）;
if（pid2<0）{
fprintf（stderr,"childprocess1failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid2==0）{
printf（"c\n"）;
}
else{
printf（"a\n"）;
sleep
（2）;
exit（0）;
}
}
return0;
}
结果如下：
分析原因：
pid=fork（）;
操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。
新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！
因此，这三个进程哪个先执行，哪个后执行，完全取决于操作系统的调度，没有固定的顺序。
（2）进程的控制
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。
将父进程的输出改为fatherprocesscompleted
输出b的子进程改为输出childprocess1completed
输出c的子进程改为输出childprocess2completed
运行的结果如下：
理由同
（1）
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。
加锁之后的代码：
#include
#include
#include
#include
#include
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pid_tpid1,pid2;
pid1=fork（）;
if（pid1<0）{
fprintf（stderr,"childprocess1failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid1==0）{
lockf（1,1,0）;
printf（"childprocess1completed\n"）;
}
else{
pid2=fork（）;
if（pid2<0）{
fprintf（stderr,"childprocess1failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid2==0）{
lockf（1,1,0）;
printf（"childprocess2completed\n"）;
}
else{
lockf（1,1,0）;
printf（“fatherprocessiscompleted\n”）;
sleep
（2）;
exit（0）;
}
}
return0;
}
所谓进程互斥，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,这种现象被称作进程互斥.lockf（）函数是将文件区域用作信号量（监视锁），或控制对锁定进程的访问（强制模式记录锁定）。
试图访问已锁定资源的其他进程将返回错误或进入休态，直到资源解除锁定为止。
而上面三个进程，不存在要同时进入同一组共享变量的临界区域的现象，因此输出和原来相同。
（3）
a）编写一段程序，使其实现进程的软中断通信。
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：
ChildProcess1iskilledbyParent!
ChildProcess2iskilledbyParent!
父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：
ParentProcessiskilled!
代码如下：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
intwf;
voidwaiting（）
{
while（wf!
=0）;
}
voidstop（）
{
wf=0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pid_tpid1,pid2;
pid1=fork（）;
if（pid1<0）{
fprintf（stderr,"childprocess1failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid1==0）{
wf=1;
signal（16,stop）;//捕捉到父进程传来的16信号，继续往下执行
waiting（）;//不往下执行
lockf（1,1,0）;
printf（"ChildProcess1iskilledbyParent!
\n"）;
lockf（1,0,0）;
exit（0）;
}
else{
pid2=fork（）;
if（pid2<0）{
fprintf（stderr,"childprocess1failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid2==0）{
wf=1;
signal（17,stop）;
//捕捉到父进程传来的17信号，继续往下执行
waiting（）;//不往下执行
lockf（1,1,0）;
printf（"ChildProcess2iskilledbyParent!
\n"）;
lockf（1,0,0）;
exit（0）;
}
else{
wf=1;
//wf为1时，不往下执行，直到捕捉到键盘上传来的信号
signal（SIGINT,stop）;
//捕捉到键盘传来的信号，执行stop函数
waiting（）;
kill（pid1,16）;//向子进程p1发软中断信号16
kill（pid2,17）;
//向子进程p2发软中断信号17
wait（0）;
wait（0）;
printf（"ParentProcessiskilled!
\n"）;
exit（0）;
}
}
return0;
按下ctrl+c后，运行结果如下：
软中断一般是指由指令int引起的“伪”中断动作——给CPU制造一个中断的假象；而硬中断则是实实在在由8259的连线触发的中断。
kill函数的原型如下：
int kill（pid,sig），pid是一个或一组进程的标识符，参数sig是要发送的软中断信号。
signal函数的原型如下：
signal（sig,function），它以软中断信号的序号作为参数调用函数，也就是说，收到软中断信号sig后，调用函数function.当子进程1收到软中断信号16时，调用函数stop（）解除“waiting”,继续往下执行；等它打印完了childprocess1iskilledbyparent,就退出；对于子进程2来说也是如此。
而父进程在此阶段一直处于“waiting”状态（执行wait（0）），直到两个子进程都退出了，父进程才会退出。
由于ctrl+c信号会并发传到每个进程中，进程受到该信号会立刻终止。
当子进程收到ctrl+c信号时，就终止了，根本不会等父进程传来的软中断信号，因此也就不会打印出childprocess1iskilled和childprocess2iskilled.
b）在上面的程序中增加语句signal（SIGINT,SIG-IGN）和signal（SIGQUIT,SIG-IGN），观察执行结果，并分析原因。
按下ctrl+c后，运行结果如下：
signal（SIGINT,SIG-IGN）和signal（SIGQUIT,SIG-IGN）的作用是屏蔽从键盘上传来的中断信号，因此子进程可以接收到父进程传来的软中断信号，进而将那两句话打印出来
（4）进程的管道通信
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：
Child1issendingamessage!
Child2issendingamessage!
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。
源代码如下：
#include
#include
#include
#include
#include
intmain（intargc,char*argv[]）
{
pid_tpid1,pid2;
intfd[2];
charparbuf[50],childbuf[50];
pipe（fd）;//建立管道
pid1=fork（）;
if（pid1<0）{
fprintf（stderr,"childprocess2failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid1==0）{
lockf（fd[1],1,0）;
sprintf（childbuf,"Child2issendingamessage!
\n"）;
write（fd[1],childbuf,50）;//向管道中写东西
sleep（5）;
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
}
else{
pid2=fork（）;
if（pid2<0）{
fprintf（stderr,"childprocess1failed"）;
exit（-1）;
}
elseif（pid2==0）{
lockf（fd[1],1,0）;
sprintf（childbuf,"Child1issendingamessage!
\n"）;
write（fd[1],childbuf,50）;//向管道中写东西
sleep（5）;
lockf（fd[1],0,0）;
exit（0）;
}
else{
wait（0）;//等待某个子进程结束
read（fd[0],parbuf,50）;//从管道中读东西
printf（"%s",parbuf）;
wait（0）;//等待某个子进程结束read（fd[0],parbuf,50）;//从管道中读东西printf（"%s",parbuf）;
exit（0）;
}
}
return0;
}
运行结果如下：
值得注意的是，pipe（fd）;pid1=fork（）;这两句的位置不能调换，否则会出现下面结果：
也就是说，只有子进程1向通过管道向父进程发送信息，且程序一直不退出。
用strace命令追查，可发现
如果先fork，那么在fork之后就是两个独立的进程，在两个独立进程中分别调用pipe得到的是两个独立的fd数组，向子进程的fd[1]写入，从父进程的fd[0]读取，父进程会堵在read上，因为根本就没有进程在写父进程的fd[1]。
4．思考
（1）系统是怎样创建流程的？
系统通过调用fork函数创建进程，当一个进程调用了fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID和父进程ID,其他的都是一样.就象符进程克隆（clone）自己一样.而此时子进程也与父进程分道扬镳，各自执行自己的操作。
至于先执行子进程，还是先执行父进程，取决去内核的调度算法。
一旦子进程被创建，父子进程相互竞争系统的资源.有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞直到子进程完成任务.这个时候我们可以调用wait或者waitpid系统调用.
（2）可执行文件加载时进行了哪些处理？
注册一个可执行文件的加载模块（包含信息：
链表list，所属的module，加载可执行文件，加载共享库），然后遍历链表，依次按module加载这个可执行文件
（3）当首次调用新创建进程时，其入口在哪里？
在进程队列的ready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。
（4）进程通信有什么特点？
（针对管道通信）
只支持单向数据流；
只能用于具有亲缘关系的进程之间；
没有名字；
管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；
管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等；
总结
通过这次实验，让我对操作系统进程这一章的内容有了更深入的理解。
此次实验有四部分组成。
第一部分的重点是进程创建。
在linx操作系统中，进程的创建需要调用fork函数。
此函数调用一次，返回两次。
第二部分的重点进程互斥。
所谓的进程互斥，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。
通过编程，能更加理解这个概念。
进程互斥通过lockf（）来实现。
第三部分的重点是通过kill（）函数和signal（）函数深入理解进程的之间的软中断。
前者是发送软中断信号，后者是接收软中断信号。
第四部分的重点是通过pipe（）函数理解进程之间的管道通信。
此次实验，还让我学到了一些调试方法。
其中一个就是strace，即追查程序中的函数调用。
在管道通信中，fork（）和pipe（）这个函数的顺序不能随意调换。
调换了之后引起的问题（程序一直不退出）可以用strace命令来追查，发现是父进程block在read（）上面，即父进程不知道从哪里读取信息。
进而再通过查阅资料可知，是fork（）和pipe（）函数的顺序问题。
升级会员 