实验一Linux环境下的进程管理.docx
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实验一Linux环境下的进程管理
软件学院
上机实验报告
课程名称:
操作系统
实验项目:
实验一:
环境下进程管理
实验室:
耘慧402
姓名:
学号:
专业班级:
实验时间:
实验成绩
评阅教师
一、实验目的及要求
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.了解系统中进程通信的基本原理;
二、实验性质
1.进程的创建:
编写一段程序,使用系统调用()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”和字符“c”。
试观察记录屏幕上的显示结果,并分析原因。
2.进程的控制:
修改已编写的程序,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。
如果在程序中使用系统调用()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。
3.用()创建一个进程,再调用()用新的程序替换该子进程的内容;利用()来控制进程执行顺序。
三、实验学时
实验性质:
验证性
实验学时:
4学时
实验要求:
必做
四、实验环境
1.实验环境:
系统开发环境
2.知识准备:
(1)系统开发环境搭建;
(2)环境下编译器的使用;
(3)语言中函数定义与调用、指针和类型的定义与使用、结构的定义、动态内存的申请等预备知识。
五、实验内容及步骤
①实验内容:
(1)进程的创建
编写一段程序,使用系统调用()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”和字符“c”。
试观察记录屏幕上的显示结果,并分析原因。
(2)进程的控制
修改已编写的程序,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。
如果在程序中使用系统调用()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。
(3)用()创建一个进程,再调用()用新的程序替换该子进程的内容;利用()来控制进程执行顺序。
②实验步骤:
1.进程的创建
1.1进程
中,进程既是一个独立拥有资源的基本单位,又是一个独立调度的基本单位。
一个进程实体由若干个区(段)组成,包括程序区、数据区、栈区、共享存储区等。
每个区又分为若干页,每个进程配置有唯一的进程控制块,用于控制和管理进程。
的数据结构如下:
(1)进程表项( )。
包括一些最常用的核心数据:
进程标识符、用户标识符、进程状态、事件描述符、进程和U区在内存或外存的地址、软中断信号、计时域、进程的大小、偏置值、指向就绪队列中下一个的指针、指向U区进程正文、数据及栈在内存区域的指针。
(2)U区(U)。
用于存放进程表项的一些扩充信息。
每一个进程都有一个私用的U区,其中含有:
进程表项指针、真正用户标识符( )、有效用户标识符( )、用户文件描述符表、计时器、内部参数、限制字段、差错字段、返回值、信号处理数组。
由于系统采用段页式存储管理,为了把段的起始虚地址变换为段在系统中的物理地址,便于实现区的共享,所以还有:
(3)系统区表项。
以存放各个段在物理存储器中的位置等信息。
系统把一个进程的虚地址空间划分为若干个连续的逻辑区,有正文区、数据区、栈区等。
这些区是可被共享和保护的独立实体,多个进程可共享一个区。
为了对区进行管理,核心中设置一个系统区表,各表项中记录了以下有关描述活动区的信息:
区的类型和大小、区的状态、区在物理存储器中的位置、引用计数、指向文件索引结点的指针。
(4)进程区表
系统为每个进程配置了一张进程区表。
表中,每一项记录一个区的起始虚地址及指向系统区表中对应的区表项。
核心通过查找进程区表和系统区表,便可将区的逻辑地址变换为物理地址。
1.2进程映像
系统中,进程是进程映像的执行过程,也就是正在执行的进程实体。
它由三部分组成:
(1)用户级上、下文。
主要成分是用户程序;
(2)寄存器上、下文。
由中的一些寄存器的内容组成,如,,及通用寄存器等;
(3)系统级上、下文。
包括为管理进程所用的信息,有静态和动态之分。
1.3所涉及的系统调用
( )
创建一个新进程。
系统调用格式:
()
参数定义:
( )
( )返回值意义如下:
0:
在子进程中,变量保存的( )返回值为0,表示当前进程是子进程。
>0:
在父进程中,变量保存的( )返回值为子进程的值(进程唯一标识符)。
-1:
创建失败。
如果()调用成功,它向父进程返回子进程的,并向子进程返回0,即()被调用了一次,但返回了两次。
此时在内存中建立一个新进程,所建的新进程是调用()父进程()的副本,称为子进程()。
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。
1.4核心为()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()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()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,()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(注意子进程的开始位置),然后根据变量保存的( )返回值的不同,执行了不同的分支语句。
6、实验数据及结果分析
<运行结果1〉
分析:
由于函数()输出的字符串之间不会被中断,因此,每个字符串内部的字符顺序输出时不变。
但是,由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题,输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。
这与打印单字符的结果相同。
<运行结果2〉
分析:
因为上述程序执行时,(1,1,0)锁定标准输出设备,(1,0,0)解锁标准输出设备,在(1,1,0)与(1,0,0)中间的循环输出不会被中断,加锁与不加锁效果不相同。
<运行结果3〉
分析:
程序在调用()建立一个子进程后,马上调用(),使父进程在子进程结束之前,一直处于睡眠状态。
子进程用()装入命令,()后,子进程的代码被的代码取代,这时子进程的指向的第1条语句,开始执行的命令代码。
7、实验总结
经过这次上机实验的学习,我们一共做了三道题,碰到的第一问题是系统并非我们通常使用的系统,还未上手便已产生畏惧的心理;碰到的第二个问题,在刚开始搭建环境的时候,..后面的的并非手打而是按键引出之后的代码,之后陆陆续续的一些小问题,在老师、学长耐心的帮助下相对轻松地解决了,相比在课堂上老师的讲解与课件的演示,最大的不同是我更加的直观且真实触摸到了这一学科,在实践的过程中明白了当时逻辑并不清晰的抽象问题——什么是进程,我想在实践的过程中我会更加热爱这个学科并受益匪浅。
附录源程序清单
〈程序1〉
<>
()
{
p12;
((p1())1);
(p10)('b');
{
((p2())1);
(p20)('c');
('a');
}
}
<程序2〉
<>
<>
()
{
p12;
((p1())1);
(p10)
{
(1,1,0);
(0<50)
("");
(1,0,0);
}
{
((p2())1);
(p20)
{
(1,1,0);
(0<50)
("");
(1,0,0);
}
{
(1,1,0);
(0<50)
("");
(1,0,0);
}
}
}
〈程序3〉
<>
<>
()
{
;
();/*创建子进程*()
{
-1*创建失败*/
("!
\n");
(1);
0*子进程*/
("","","-1","");
("!
\n");
(1);
*父进程*/
()*同步*/
("!
\n");
(0);
}
}
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- 关 键 词:
- 实验 Linux 环境 进程 管理