操作系统B2上机实验进程解析.docx

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操作系统B2上机实验进程解析

实验二Linux进程实验

姓名：

段叶叶班级：

信息1302学号：

07131052

地点：

东区实验室FF109

时间：

2014年10月13日星期一

成绩：

一、实验内容

1.创建进程的系统调用fork（）；

2.创建进程的系统调用vfork（）；

3.执行新程序的系统调用exec（）；

4.等待进程结束的系统调用wait（）或waitpid（）。

前三题必做，最后一题选做。

二、实验目的

熟悉进程的系统调用。

三、实验环境

登陆Linux虚拟机，进入Linuxshell，提示符为$，表示普通用户提示符。

四、实验题目

1.【题目】：

编写程序forkgrandchild.c，用来创建孙子进程。

【要求】：

在读懂程序forktest.c的基础上，编写程序

forkgrandchild.c（forkgrandchild.c创建在用户名（如wm）目录下的process目录下），所创建的程序forkgrandchild.c可实现创建孙子进程，并显示孙子进程的pid，其父进程的pid，forkgrandchild.c要求可读性好，用户界面友好。

【预备知识】：

1）Linux进程状态

●运行状态：

程序正在运行或在运行队列中等待运行。

●可中断等待状态：

进程正在等待某个事件完成，等待过程可被信号或定时器唤醒。

●不可中断等待状态：

进程正在等待某个事件完成，不可被信号或定时器唤醒，必须等待事件的发生，才可唤醒。

●僵死状态：

进程已终止，但进程描述符依然存在，直到父进程调动wait（）函数后释放。

●停止状态：

进程因收到SIGSTOPSIGSTPSIGTINSIGTOU信号后停止运行或该进程正在被跟踪（调式程序时）。

2）ps命令

●ps命令可查看进程的当前状态。

●如psaux（相关命令参数自学）

●对ps命令结果字符的解释

<（高优先级进程）、N（低优先级进程）、L（内存锁页，即页不可被换出内存）、s（该进程为会话首进程）、l（多线程进程）、+（进程位于前台进程组）、R（运行状态）、Z（僵死状态）、D（不可中断等待状态）、S（可中断等待状态）、T（停止状态）。

3）fork（）函数

fork（）是创建一个新进程的唯一方法，子进程可以继承其父进程几乎所有的资源。

在命令行下使用man2fork可获得该函数的函数声明。

fork（）有两个返回值。

成功调用fork后，当前进程实际上已经分裂为两个进程，一个是原来的父进程，另一个是刚刚创建的子进程。

父子进程在调用fork地方分开，一个是父进程调用fork的返回值，返回值为刚刚创建的子进程的pid；另一个是子进程中fork函数的返回值，为0。

fork返回两次的前提是进程创建成功，若失败返回为-1。

用返回值可区分父子进程。

fork之后是父还是子进程先运行是不确定的，这取决于内核所使用的调度算法，一般是交替执行，使进程享有同等执行权。

forktest.c源代码

#include

#include

#include

intmain（void）

{

pid_tpid;

printf（"processcreationstudy\n"）;

pid=fork（）;

switch（pid）

{

case0:

printf（"childprocessisrunning,curpidis%d,parentpidis%d\n",pid,getppid（））;

break;

case-1:

printf（"processcreationfailed\n"）;

break;

default:

printf（"parentprocessisrunning,childpidis%d,parentpidis%d\n",pid,getpid（））;

break;

}

exit（0）;

}

【问题】：

1）解释stdio.h、unistd.h、sys/types.h头文件的作用？

2）getpid（）、getppid（）、fork（）的功能是什么？

3）写出forkgrandchild.c的源代码。

（1）a.stdio.h头文件的作用是：

就是指“standardinput&output"意思就是说标准输入输出头文件。

所以，用到标准输入输出函数时，就要调用这个头文件!

原程序为:

;

b.nuistd.h头文件的作用是：

是linux/unix的系统调用，包含了许多unix系统服务的函数原型,例如read（），write（）和getpid（）函数;

c.sys/types.h头文件的作用是：

在应用程序源文件中包含以访问_LP64和_ILP32的定义。

此头文件还包含适当时应使用的多个基本派生类型，尤其是以下类型更为重要：

　　clock_t表示系统时间（以时钟周期为单位）。

　　dev_t用于设备号;

　　off_t用于文件大小和偏移量;

　　ptrdiff_t是一种带符号整型，用于对两个指针执行减法运算后所得的结果;

　　size_t反映内存中对象的大小（以字节为单位）;

　　ssize_t供返回字节计数或错误提示的函数使用;

　　time_t以秒为单位计时;

　　所有这些类型在ILP32编译环境中保持为32位值，并会在LP64编译环境中增长为64位值。

（2）getpaid（）的功能是：

返回调用进程的标识符；

getppid（）的功能是：

返回父进程标识；

Fork（）的功能是：

创建一个与当前进程完全相同的拷贝。

（3）forkgrandchild.c的源代码：

#include 

#include 

#include 

int main （void）

{

pid_t,pid1,pid2;

printf（"processcreationstudy.\n"）;

pid1=fork（）;

switch（pid1）

{

case0:

printf（"childprocessisrunning,

curpidis%d,parentpidis%d\n",pid,getppid（））;

pid2=fork（pid1）;

switch（pid2）

{

case0:

printf（"grandchildprocessisrunning,curpidis%d,

parentpid is %d\n",pid,getppid（））;

        break;

 case-1:

 printf（"process creation failed\n"）;

        break;

 default:

    printf（"parent process is running ,grandchildpid is %d,parentpid is %d\n",pid ,getpid（））;

        break;

}

case-1:

  printf（"process creation failed\n"）;

        break;

default:

  printf（"parent process is running ,childpid is %d,parentpid is %d\n",pid ,getpid（））;

        break;

 }

  exit（0）;

 }

2.【题目】：

diffork.c的创建

【要求】：

上机实现下面diffork.c的运行，体会fork（）和vfork（）的区别。

【预备知识】：

1）fork（）和vfork（）的区别

●fork（）和vfork（）都是调用一次，返回值两次。

●fork（）创建一子进程时，子进程只是完全复制父进程资源，这样得到的子进程独立于父进程，具有良好的并发性，但开销较大，有时是不需要的，比如fork一个进程后，立即调用exec执行另一个应用程序，那么fork过程中子进程对父进程地址空间的复制将是一个多余的过程，而vfork（）创建的子进程共享父进程的地址空间，不拷贝父进程的地址空间，这大大减少了系统开销。

●vfork（）保证子进程先运行，当它调用exec（）或exit之后，父进程才可能被调度。

diffork.c源代码

#include

#include

#include

intglobvar=5;

intmain（void）

{

pid_tpid;

intvar=1,i;

printf（"forkisdiffirentwithvfork\n"）;

/*pid=fork（）;*/

pid=vfork（）;

switch（pid）

{

case0:

i=3;

while（i-->0）

{

printf（"childprocessisrunning\n"）;

globvar++;

var++;

sleep（15）;

}

printf（"childisglobvar=%d,var=%d\n",globvar,var）;

break;

case-1:

printf（"parentcreationfailed\n"）;

exit（0）;

default:

i=5;

while（i-->0）

{

printf（"parentprocessisrunning\n"）;

globvar++;

var++;

sleep（5）;

}

printf（"parentisglobvar=%d,var=%d\n",globvar,var）;

exit（0）;

}

}

【注意】：

将diffork.c中的sleep（）的参数增大些，开启另一个终端，在该终端下输入psaux查看父子进程的信息，特别是状态信息。

【结果】：

3.【题目】：

执行新程序的系统调用exec（）

【要求】：

上机实现下面processimage.c和execve.c的运行，体会执行新程序的系统调用。

【预备知识】：

1）使用fork或vfork创建子进程后，子进程通常会调用exec函数来执行另外一个程序，系统调用exec用于执行一个可执行程序以代替当前进程的执行映像。

2）exec调用并没有生成新进程，一个进程一旦调用exec函数，它本身就死亡了。

系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新进程分配新的数据段和堆栈段，唯一保留是pid，即，对系统而言，还是同一个进程，不过执行的已经是另一个程序了。

3）exec函数族有6种不同的调用形似，如execv（）、execve（）等，它们声明在unistd.h中。

processimage.c源代码

#include

#include

#include

intmain（intargc,char*argv[],char**environ）

{

inti;

printf（"iamaprocessimage!

\n"）;

printf（"mypid=%d,parentpid=%d\n",getpid（）,getppid（））;

printf（"uid=%d,gid=%d\n",getuid（）,getgid（））;

for（i=0;i

printf（"argv[%d]:

%s\n",i,argv[i]）;

}

execve.c源代码

#include

#include

#include

intmain（intargc,char*argv[],char**environ）

{

pid_tpid;

intstat_val;

printf（"execexample!

\n"）;

pid=fork（）;

switch（pid）

{

case-1:

perror（"processcreationfailed\n"）;

exit

（1）;

case0:

printf（"childprocessisrunning\n"）;

printf（"mypid=%d,parentpid=%d\n",getpid（）,getppid（））;

printf（"uid=%d,gid=%d\n",getuid（）,getgid（））;

execve（"processimage",argv,environ）;

printf（"processnevergotohere!

\n"）;

exit（0）;

default:

printf（"parentprocessisrunning\n"）;

break;

}

wait（&stat_val）;

exit（0）;

}

【注意】：

1）理解带参数的main（）函数。

2）在Linux命令行下，使用manexecve获取该函数的帮助。

【问题】：

先编译链接processimage.c，再编译链接execve.c，查看运行结果，结果说明了什么？

运行结果截图见下页

4.【题目】：

等待进程结束的系统调用wait（）或waitpid（）。

【要求】：

上机实现下面wait.c的运行，体会等待进程结束wait（）系统调用。

【预备知识】：

子进程先于父进程终止，而父进程又没有调用wait函数等待子进程结束，子进程进入僵死状态，并会一直保持下去除非重启。

子进程进入僵死状态时，内核只保存该进程的一些必要信息以备父进程所需。

此时子进程始终占用着资源，同时也减少了系统可创建的最大进程数。

如果子进程先于父进程终止，且父进程调用了wait或waitpid函数，则父进程会等待子进程结束，就不会使子进程变为僵尸进程。

wait.c源代码

#include

#include

#include

#include

intmain（）

{

pid_tpid;

char*msg;

intk;

intexit_code;

printf（"studyhowtogetexitcode\n"）;

pid=fork（）;

switch（pid）

{

case0:

msg="childprocessisrunning";

k=5;

exit_code=37;

break;

case-1:

perror（"processcreationfailed\n"）;

exit

（1）;

default:

exit_code=0;

break;

}

if（pid!

=0）

{

intstat_val;

pid_tchild_pid;

child_pid=wait（&stat_val）;

printf（"childprocesshasexited,pid=%d\n",child_pid）;

if（WIFEXITED（stat_val））

printf（"childexitedwithcode%d\n",WEXITSTATUS（stat_val））;

else

printf（"childexitedabnormally\n"）;

}

else

{

while（k-->0）

{puts（msg）;

sleep

（1）;

}

}

exit（exit_code）;

}

【注意】：

1）在Linux命令行下，使用man命令获取wait和waitpid函数的帮助。

2）父进程调用wait后被挂起等待（此时打开另一个终端，输入psaux命令可查看父进程的状态），直到子进程结束。

子进程正常结束后，wait函数返回刚刚结束运行的子进程的pid，宏WEXITSTATUS获取子进程的退出码。

【问题】：

编译链接wait.c，并运行wait，结果说明了什么？