操作系统实验2进程管理报告

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1、实验一 进程管理一、 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;二、 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；三、 实验环境说明:1. 此实验采用的是Win7（32bit）下虚拟机VMwareworkstation-10.0.4 build2249910；2. ubuntu 版本3。19。0;3. 直接编写c文件在终端用命令行执行;4.

2、虚拟机分配8G内存中的1024M；5. 虚拟机名称knLinux；6. ubuntu用户名kn；四、 实验内容：1. 进程的创建:a) 题目要求：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.b) 程序设计说明:一个父进程，两个子进程，分别输出显示a，b,c.c) 源代码：d) 运行结果：e) 分析：由输出结果可知,运行结果不唯一,可以是abc,acb，bca等多种情况。因为在程序中,并没有三个进程之间的

3、同步措施,所以父进程和子进程的输出顺序是随机的。在试验次数足够大的情况下，6中顺序都有可能出现：abc， acb, bac, bca, cab， cba。2. 进程的控制:a) 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。i. 程序设计说明：将第一个程序中输出字符的语句改为输出parent process和child process12的语句。ii. 源代码：iii. 运行结果：iv. 分析：发现在结果中，运行结果同第一个程序，但是在一个进程输出语句的中途不会被打断，语句都是完整的。但是三条语句的先后顺序随机,不能够确定。b)

4、 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.i. 程序设计说明:在程序中加入lockf（1,1，0)和lockf（1,0,0）语句用于加锁和去锁，实现进程之间的互斥.在程序中加入sleep（）函数让父进程休息，多循环进行子进程的输出，可观察到加锁前后的差距。ii. 源代码：iii. 运行结果:若去掉lockf（)，结果如下:iv. 分析：通过上网查阅资料，了解到lockf（fileno(fp)，F_LOCK，0L）函数中，fileno（fp）是要加锁的文件，其中1则为标准输出流；F_LOCK为1则加锁,0则解锁；0L为文件长度，

5、0则为整个文件.由输出结果观察到，加锁的函数使得程序结果发生了变化.在加锁后，根据结果显示,一个进程全部输出完毕后才交给另一个进程，表现为连续的1和连续的2；而没有加锁的话,每一个进程输出完毕一次就随机选择一个进程进行输入，直到全部输出完毕，导致每一次输出的进程都是随机的。从而看出lockf（)对两个进程的输出表现出互斥作用。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。而lockf（）函数作为监视锁，对锁定的进程控制访问。而在多次输出后,三个进程有可能同时进入同一组共享变量的临界区域，所以结果发生改变.3. 进程的软中断:a) 编写

6、一段程序，使其实现进程的软中断通信；i. 题目要求：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：Child Process 1 is killed by Parent！Child Process 2 is killed by Parent！父进程等待两个子进程终止后,输出如下的信息后终止:Parent Process is killedii. 程序设计说明：利用Del触发软中断SIGINT.要求在中断来临前

7、，两个子进程都处于等待状态,中断来临后立即响应。因此加入了my_wait(）和my_stop()两个函数,并通过flag来实现子进程对中断信号的屏蔽.父进程在杀死子进程后自杀,则引入SIGUSR1和SIGUSR2两个信号，分别让两个子进程监听这个信号，父进程收到中断信号后通过这两个信号对子进程发出kill信号，再自杀。在程序的实现过程中，我们需要父进程等待子进程终止后再自杀，则需要子进程引入signal预置软中断处理函数，等待父进程向他发出软中断信号，而不是直接从键盘上自行接受，再自行终止。而父进程使用kill向子进程发送软中断信号，并且wait直到子进程处理中断,使用exit（0)终止执行并

8、且向父进程返回终止信息。父进程一旦收到子进程发送来的终止信息，则结束等待，终止自己的进程。iii. 源代码：iv. 运行结果:v. 分析:ctrl+C信号并发传到所有进程中,而子进程中屏蔽掉了中断信号，所以信号只发给了父进程,父进程终止,将kill信号发给两个子进程，从而显示出如上图的结果.b) 在上面的程序中增加语句signal(SIGINT, SIGIGN） 和 signal（SIGQUIT, SIGIGN），观察执行结果，并分析原因；i. 程序设计说明：在a)代码基础上加入以下两种信号：signal(SIGTINT， SIG_IGN）；/后台进程读中断信号,默认挂起;signal（SIG

9、QUIT, SIG_IGN)；/程序终止信号，默认操作写dumpcore文件ii. 源代码:参照a）中源代码。iii. 运行结果：加上signal（SIGINT， SIG-IGN)后程序不再继续进行：加上signal（SIGQUIT, SIG-IGN）后:加上signal(SIGINT， SIG-IGN) 和 signal（SIGQUIT, SIG-IGN）后：iv. 分析：只加上signal（SIGINT, SIGIGN）,则父程序不再继续输出,程序处于wait状态，因为在父进程收到信号时已默认为被杀死，程序停留在wait，不再继续进行，也没有父进程的输出.而当只加上signal（SIGQU

10、IT, SIG-IGN）时，输出结果不变。加上signal(SIGINT， SIG-IGN) 和 signal(SIGQUIT， SIGIGN)后，输出结果依旧不变。但是后两种情况的含义是不同的.当只加了signal（SIGQUIT， SIG-IGN）时，子进程收到键盘上的ctrl+C中断信号从而被杀死,输出killed语句。而同时加上这两句话，屏蔽了从键盘上传来的中断信号，因此子进程接收到父进程传来的软中断信号,所以被杀死,输出killed语句。4. 进程的管道通信：a) 题目要求：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

11、一句话:Child 1 is sending a message！Child 2 is sending a message！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b) 程序设计说明：两个子进程分别向管道写一句话，为了避免两个进程抢占管道，利用一个sleep（）函数将两个进程有效的时间区分开来，并且在第一个进程写进数据时，对管道进行加锁，写完后解锁，第二个进程继续写数据,以此避免冲突的产生.而父进程则在子进程全部进行完毕后再执行。c) 源代码:d) 运行结果:e) 分析：若是多次进行管道写入，并想保证一个进

12、程完整运行，则必须加锁；若单次，不一定需要lockf(），因为一个标准输出流一定会完整的写完不被中断，然后再进行其他操作。在管道通信中,系统调用pipe（）函数初始化一个二元组作为管道，1为出，0为进，以此来保证管道通信不发生冲突。五、 思考：1. 系统是怎样创建流程的？操作系统在创建流程时，首先申请空白的PCB（进程控制块），再为新进程分派资源，然后初始化PCB，最终将新进程插入就绪队列中.而在我们编程的过程中,系统通过调用fork（）函数来创建进程。而当一个进程中调用了fork()函数时,则系统会为这个进程创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID，其他部分都一样。也就是

13、说新进程通过克隆老进程或是当前进程来创建.其中系统调用fork（）或clone（)函数可以创建新任务，复制发生在核心状态下地核心中.复制完成后，Linux允许两个进程共享资源而不是复制各自的拷贝（包括文件、信号处理过程和虚拟内存）.而在创建后，先执行父进程还是子进程则取决于内核的调度算法。子进程被创建后,父子进程相互竞争系统的资源，并行执行。若想子进程先继续执行，则需要父进程阻塞至子进程完成任务，即用wait(）系统调用来完成.2. 可执行文件加载时进行了哪些处理？在编译执行源代码的过程中，由程序,到编译预处理，到编译，到优化程序,到汇编程序，到链接程序，最后到可执行文件。在加载可执行文件时首

14、先操作系统应该判断该文件是否为一个合法的执行文件，若是则按照段表中的指示为可执行文件分配地址空间。在加载文件的过程中,主要是需要加载程序段和数据段到内存，并且进行外部定义符号的重定位。任何一个可执行文件，启动时都需要调用Ntdll.dll中的NtCreateProcess(）函数.3. 当首次调用新创建进程时,其入口在哪里？在进程队列ready的状态下，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，是fork（）之后的语句.4. 进程通信有什么特点？linux下进程间通信的几种主要方式:管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服

15、了管道没有名字的限制,因此，除具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信; 信号（Signal）:信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外,进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction(实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制,又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）； 报文(Message)队列（消息队列):消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程

16、可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点. 共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式.是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥. 信号量（semaphore):主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。 套接口（Socket)：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System

17、V的变种都支持套接字总的来说，进程间的通信根据通信内容可以划分为控制信息的传送(低级通信)和大批数据的传送(高级通信）。在消息队列中信息的复制需要额外消耗CPU时间，不适宜于信息量大或操作频繁的场合；共享内存针对消息缓冲的缺点改而利用内存缓冲区直接交换信息，无需复制，快捷、信息量大就是又是.但是不同的进程通信方式有不同的优缺点，因此对于不同应用问题，需要根据问题本身情况来选择进程间的通信方式.六、 总结:本次实验中我遇到了很多大大小小的问题，首先就是linux虚拟机安装的问题.先是下载了virtualbox软件但却因为版本问题一直不能安装linux系统成功。于是转而用VMware软件。安装上后

18、,仍须安装gcc、g+等编译工具，于是上网搜索命令行安装的方法。利用aptget update、aptget upgrade、aptget install gcc语句安装成功，但g+编译器一直提示：这次的实验通过进程创建、进程互斥、进程软中断、管道进程四个小程序让我们对进程管理这一章有了更深的理解.在听课时，由于没有将书本跟实际动手操作联系在一起,对知识的印象不是很深，但这次为了编程，将书本上的内容完完整整过了好几遍,对进程中fork(）、kill（）、signal（）、lockf(）、pipe(）等函数有了更深的了解。因为管道进程在书上并没有怎么涉及,知识在ppt上有补充，因此通过上网查阅了许多资料才了解如何进行操作。总体来说，这一次的实验,我们真正通过程序,了解到了进程管理、进程间通信的过程，加深了印象,也学习到了很多书本上没有的知识，还学会了linux环境下的编程、调试，受益匪浅.