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关于进程管理的讨论实验四班况建炜2801309008关键词：进程管理Windows Unix Linux摘要：进程管理在并发式操作系统中是非常重要的一个部分，好的进程调度算法能够大大提高系统运行的效率。
本文结合操作系统课上所学的知识，通过对三种操作系统进程管理部分的比较，加深对进程管理的理解。
一、引言随着硬件的不断发展，处理器的运算能力越来越强大，当今的操作系统中，并发式系统占主流地位。
为了描述程序在并发执行时对系统资源的共享，我们需要一个描述执行时动态特征的概念，这就是进程。
进程管理在一个操作系统中占据非常重要的位置，一个好的系统必须有一个优秀的进程管理机制，包括进程创建，挂起，状态转换，调度算法等。
本文主要对调度策略进行研究，通过对三种系统调度策略的比较加深对进程管理的理解。
二、进程相关简介2.1进程的定义和描述进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。
进程与处理机、存储器和外设等资源的分配和回收相对应，进程是计算机系统资源的使用主体。
在操作系统中引入进程的并发执行，是指多个进程在同一计算机操作系统中的并发执行。
引入进程并发执行可提高对硬件资源的利用率，但又会带来额外的空间和时间开销，增加了操作系统的复杂性。
2.2线程在操作系统中，进程的引入提高了计算机资源的利用率。
但在进一步提高进程的并发性时，人们发现进程切换开销占的比重越来越大，同时进程间通信的效率也收到限制。
线程的引入正式为了简化进程间的通信，以小的开销来提高进程内的并发程度。
在只有进程概念的操作系统中，进程是存储器、外设等资源的分配单位，同时也是处理机调度的对象。
为了提高进程内的并发性，在引入线程的操作系统中，把线程作为处理机调度的对象，而把进程作为资源分配单位，一个进程内可同时有多个并发执行的线程。
线程是一个动态的对象，是处理机调度的基本单位，表示进程中的一个控制点，执行一系列的指令。
由于同一进程内的各线程都可访问整个进程的所有资源，所以它们之间的通信比进程间通信要方便；而同一进程内的线程间切换也由于许多上下文相同的简化。
操作系统进程控制实验报告硬件环境：处理器：Intel(R) Core(TM) i5-3210M CPU @2.50GHz 2.50GHz安装内存：4.00GB系统类型：64位操作系统软件环境：Linux系统一、实验目的加深对于进程并发执行概念的理解。
实践并发进程的创建和控制方法。
观察和体验进程的动态特性。
进一步理解进程生命期期间创建、变换、撤销状态变换的过程。
掌握进程控制的方法，了解父子进程间的控制和协作关系。
练习Linux系统中进程创建与控制有关的系统调用的编程和调试技术。
二、实验步骤（1）分析实例实验（2）进行独立实验（3）思考并完成实验报告实验截图：思考：说明它们反映出操作系统教材中进程及处理机管理一节讲解的进程的哪些特征和功能？在真实的操作系统中它是怎样实现和反映出教材中讲解的进程的生命期、进程的实体和进程状态控制的。
你对于进程概念和并发概念有哪些新的理解和认识？子进程是如何创建和执行新程序的？信号的机理是什么？怎样利用信号实现进程控制？根据实验程序、调试过程和结果分析写出实验报告。
1.进程的概念：进程不仅是一段程序代码，还包括当前活动(通过程序计数器和寄存器中的内容来表示)，另外，进程还包括进程堆栈段，和数据段等。
2.并发概念：是指进程之间交替并发执行3.进程通过系统调用fork（）函数创建子进程，子进程由唯一的pid值标示，pid通常是一个整数值。
通过fork创建的子进程实际上是父进程的克隆体，通过复制原来进程的地址空间而成，父子进程同时执行fork之后的程序。
但是父子进程的pid值不同，可以通过对pid的判断，使父子进程执行不同的程序。
子进程如果想执行不同的程序，需要系统调用exec（）函数装入新的程序执行。
4.信号的机理：信号是用来通知进程某个特定的事件已经发生。
信号是由特定的事件产生，信号必须要发送到进程，一旦发送，进程必须得到处理。
信号可以可以有系统默认处理也可以用户自定义处理。
第1篇一、实验背景进程管理是操作系统中的一个重要组成部分，它负责管理计算机系统中所有进程的创建、调度、同步、通信和终止等操作。
为了加深对进程管理的理解，我们进行了一系列实验，以下是对实验的分析和总结。
二、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。
三、实验内容1. 使用系统调用fork()创建两个子进程，父进程和子进程分别显示不同的字符。
2. 修改程序，使每个进程循环显示一句话。
3. 使用signal()捕捉键盘中断信号，并通过kill()向子进程发送信号，实现进程的终止。
4. 分析利用软中断通信实现进程同步的机理。
四、实验结果与分析1. 实验一：父进程和子进程分别显示不同的字符在实验一中，我们使用fork()创建了一个父进程和两个子进程。
在父进程中，我们打印了字符'a'，而在两个子进程中，我们分别打印了字符'b'和字符'c'。
实验结果显示，父进程和子进程的打印顺序是不确定的，这是因为进程的并发执行。
2. 实验二：每个进程循环显示一句话在实验二中，我们修改了程序，使每个进程循环显示一句话。
实验结果显示，父进程和子进程的打印顺序仍然是随机的。
这是因为并发执行的进程可能会同时占用CPU，导致打印顺序的不确定性。
3. 实验三：使用signal()捕捉键盘中断信号，并通过kill()向子进程发送信号在实验三中，我们使用signal()捕捉键盘中断信号（按c键），然后通过kill()向两个子进程发送信号，实现进程的终止。
实验结果显示，当按下c键时，两个子进程被终止，而父进程继续执行。
这表明signal()和kill()在进程控制方面具有重要作用。
4. 实验四：分析利用软中断通信实现进程同步的机理在实验四中，我们分析了利用软中断通信实现进程同步的机理。
操作系统进程管理解析在我们日常使用计算机或其他智能设备时，操作系统默默地在后台发挥着关键作用，其中进程管理是操作系统的核心功能之一。
进程管理就像是一个有条不紊的指挥中心，负责协调和控制各个程序的运行，以确保系统的高效稳定。
接下来，让我们深入探讨一下操作系统进程管理的奥秘。
进程，简单来说，就是正在运行的程序的实例。
当我们打开一个应用程序，比如浏览器或者音乐播放器，操作系统就会为这个程序创建一个进程，为其分配资源，如内存、CPU 时间等，然后监督和控制它的执行。
进程管理的首要任务是进程的创建和终止。
当我们需要运行一个新的程序时，操作系统会创建一个新的进程。
这个过程可不是简单地启动程序，而是要进行一系列复杂的操作。
首先，操作系统要为进程分配唯一的标识符，就像给每个人分配一个身份证号码一样，以便能够准确地识别和跟踪这个进程。
然后，要为进程分配内存空间，用于存储程序的代码、数据和堆栈等信息。
同时，还要建立进程的控制块（PCB），这就像是进程的“档案”，记录了进程的各种状态信息，如进程的优先级、CPU 使用率、等待的资源等。
当一个进程完成了它的任务或者出现了异常情况，操作系统就要负责终止这个进程。
在终止进程时，操作系统要回收分配给进程的各种资源，如内存、文件句柄等，还要将进程的相关信息从系统的各种数据结构中删除，确保系统的资源得到合理的利用。
进程的状态是进程管理中的一个重要概念。
一个进程在其生命周期中会经历不同的状态，常见的状态有就绪态、运行态和阻塞态。
就绪态表示进程已经准备好运行，只等待 CPU 分配时间片。
运行态则是进程正在 CPU 上执行。
而阻塞态是指进程因为等待某个事件的发生，如等待输入输出操作完成、等待资源可用等，而暂时无法继续执行。
操作系统通过进程调度来决定哪个进程能够获得 CPU 的使用权，进入运行态。
进程调度算法有很多种，比如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。
第三讲进程管理之进程控制上一讲，我们讲了前趋图和进程的基本概念，包括进程的定义，进程的描述，其中有进程的三种基本状态及其转换，还有PCB及其组成和组织方式。
上一讲主要是一些基本概念的引入，这讲我们来了解，具体怎样对进程控制和管理的。
补充：⏹处理机的执行状态为防止OS及其关键数据（如PCB等)不被用户有意或无意破坏,通常将处理机的执行状态分处理机状态特权(执行指令,访问）程序系统态(核心态)较高(一切指令,所有R及存储区)OS内核用户态较低(规定指令,指定R及存储区)用户程序⏹cobegin和coend括起来表示这n个语句是可以并发执行的。
co是concurrent的头两个字符。
其他的语法就是PASCAL语法。
进程管理的一个重要任务就是进程控制。
一、什么是进程控制？就是系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤销进程以及完成各状态间的转换，从而达到多进程高效率并发执行和协调、实现资源共享的目的。
这些具有特定功能的程序段，就是操作系统内核。
进程控制一般是由操作系统的内核来实现，内核在执行操作时，往往是通过执行各种原语操作来实现的。
操作系统内核：是加在硬件上的第一层软件，通过执行各种原语操作来实现各种控制和管理功能，具有创建进程、撤消进程、进程通信、资源管理的功能。
同时把它们常驻内存，以提高OS的运行效率，这部分功能模块就称OS的内核。
内核是基于硬件的第一层软件扩充。
二、进程的创建一）一些概念1、进程图（Process Graph）进程图是用于描述进程家族关系的有向树。
进程图说明：结点代表进程，一棵树表示一个家族，根结点为该家族的祖先。
子进程可以继承父进程拥有的资源，子进程撤销时，还给父进程这些资源。
父进程撤销时，同时要撤销其所有的子进程。
注意：进程图和前趋图之间的区别前趋图描述的是任务（或进程）之间的前趋关系；只有在前趋进程完成后，其后继进程才能运行；进程图中，描述的进程的进程关系。
创建者和被创建者可以并发执行，也可以是父进程等待其所有的子进程结束后再执行，这完全取决于创建原语和创建者的需要。
过程控制程序范文过程控制程序（Process Control Program，PCP）是一种操作系统的重要组成部分，用于管理和控制计算机系统中运行的进程。
PCP负责分配资源、协调进程之间的通信和同步，并提供进程管理和调度等功能，以保证系统的高效性和稳定性。
PCP的主要作用是实现进程的创建、销毁、挂起、唤醒、调度和状态转换等操作。
通过PCP，用户可以方便地控制进程的运行和资源的分配。
PCP通过分配和管理CPU时间片、内存空间、外部设备等资源，以达到系统的资源利用率最大化和响应时间最短化的目标。
在PCP中，进程被分为不同的状态，包括就绪状态、运行状态和阻塞状态。
就绪状态的进程已经准备好运行，等待CPU的分配；运行状态的进程正在CPU上执行指令；阻塞状态的进程由于其中一种原因无法继续执行，需要等待一些事件发生才能继续执行。
PCP通过改变进程的状态和调度算法，对进程进行灵活的管理和调度。
PCP还负责进程间的通信和同步。
进程间通信可以通过共享内存、消息队列、管道、信号量等方式进行，以实现进程之间的数据交换和协作。
PCP需要提供相应的系统调用和机制来支持进程间通信。
进程间同步可以通过信号量、互斥锁、条件变量等机制来实现，以避免进程之间的竞态条件和死锁现象。
除了进程管理和调度外，PCP还需要提供一系列的系统功能和服务，例如文件管理、设备驱动、网络通信、安全管理等。
这些功能和服务可以通过系统调用和API接口提供给用户程序使用。
PCP的设计和实现涉及到许多技术和算法，例如进程调度算法、资源分配算法、死锁检测和恢复算法等。
在设计PCP时，需要考虑系统的可靠性、高效性和可扩展性等方面的因素。
此外，PCP还需要适应不同类型的应用场景和需求，如实时系统、分布式系统、并行计算系统等。
总之，过程控制程序是操作系统中重要的一部分，负责管理和控制计算机系统中运行的进程。
它通过分配和管理资源、协调进程间的通信和同步、提供系统功能和服务，以实现系统的高效性、稳定性和可用性。
进程控制模块分析一、模块名称:进程控制模块，在linux体系结构中属于用户接口层。
二、模块功能描述:进程控制模块，主要负责：1 进程的运行控制包括创建，注销，停止。
2 进程的信息管理，包括命名空间管理，PID管理。
3 进程的资源管理。
三、模块结构图：四、模块接口说明：1接口名: 获得进程的数字ID接口的功能描述：得到进程在给定命名空间，指定类型的数字ID号。
接口包含的函数：1)pid_t task_pid_nr_ns（structtask_struct *tskstructpid_namespace *ns）●入口参数：a)structtask_struct*tsk：需要查询的进程的描述符。
b)structpid_namespace *ns：需要查询的进程所在的命名空间。
●返回值：a)pid_t：需要查询的进程的数字pid号。
●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
详细介绍见模块主要结构体说明。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明根据进程描述符，获得在制定命名空间的进程数字pid。
2)pid_t task_tgpid_nr_ns(structtask_struct*tskstructpid_namespace *ns)●入口参数：a)structtask_struct*tskb)structpid_namespace*ns●返回值：pid_t: 进程的数字ID号定义为int类型。
●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
详细介绍见模块主要结构体说明。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明根据进程描述符，获得在制定命名空间的进程组的数字pid。
3)pid_t task_pgrp_nr_ns(structtask_struct *tskstructpid_namespace*ns●入口参数：a)structtask_struct *tskb)structpid_namespace *ns●返回值：pid_t●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
实验一进程控制与描述一、实验目的通过对Windows 2000编程，进一步熟悉操作系统的基本概念，较好地理解Windows 2000的结构。
通过创建进程、观察正在运行的进程和终止进程的程序设计和调试操作，进一步熟悉操作系统的进程概念，理解Windows 2000进程的“一生”。
二、实验环境硬件环境：计算机一台，局域网环境；软件环境：Windows 2000 Professional、Linux Redhat 9.0操作系统平台，Visual C++ 6.0专业版或企业版。
三、实验内容和步骤第一部分：Windows 2000 Professional下的GUI应用程序，使用Visual C++编译器创建一个GUI 应用程序，代码中包括了WinMain()方法，该方法GUI类型的应用程序的标准入口点。
在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“记事本”命令，将程序键入记事本中，并把代码保存为1-1.cpp。
程序参见实验指导书也可以利用任何其他文本编辑器键入程序代码，如果这样，例如使用WORD来键入和编辑程序，则应该注意什么问题？保存的时候注意保存为.cpp 类型在“命令提示符”窗口运行CL.EXE，产生1-1.EXE文件：C:\> CL 1-1.cpp在程序1-1的GUI应用程序中，首先需要Windows.h头文件，以便获得传送给WinMain() 和MessageBox() API函数的数据类型定义。
接着的pragma指令指示编译器/连接器找到User32.LIB库文件并将其与产生的EXE文件连接起来。
这样就可以运行简单的命令行命令CL MsgBox.CPP来创建这一应用程序，如果没有pragma指令，则MessageBox() API函数就成为未定义的了。
这一指令是Visual Studio C++ 编译器特有的。
接下来是WinMain() 方法。
其中有四个由实际的低级入口点传递来的参数。
hInstance 参数用来装入与代码相连的图标或位图一类的资源，无论何时，都可用GetModuleHandle() API函数将这些资源提取出来。
进程控制模块分析一、模块名称:进程控制模块，在linux体系结构中属于用户接口层。
二、模块功能描述:进程控制模块，主要负责：1 进程的运行控制包括创建，注销，停止。
2 进程的信息管理，包括命名空间管理，PID管理。
3 进程的资源管理。
三、模块结构图：四、模块接口说明：1接口名: 获得进程的数字ID接口的功能描述：得到进程在给定命名空间，指定类型的数字ID号。
接口包含的函数：1)pid_t task_pid_nr_ns（structtask_struct *tskstructpid_namespace *ns）●入口参数：a)structtask_struct*tsk：需要查询的进程的描述符。
b)structpid_namespace *ns：需要查询的进程所在的命名空间。
●返回值：a)pid_t：需要查询的进程的数字pid号。
●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
详细介绍见模块主要结构体说明。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明根据进程描述符，获得在制定命名空间的进程数字pid。
2)pid_t task_tgpid_nr_ns(structtask_struct*tskstructpid_namespace *ns)●入口参数：a)structtask_struct*tskb)structpid_namespace*ns●返回值：pid_t: 进程的数字ID号定义为int类型。
●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
详细介绍见模块主要结构体说明。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明根据进程描述符，获得在制定命名空间的进程组的数字pid。
3)pid_t task_pgrp_nr_ns(structtask_struct *tskstructpid_namespace*ns●入口参数：a)structtask_struct *tskb)structpid_namespace *ns●返回值：pid_t●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明得到进程在命名空间ns的进程组号(pgrp)。
4)pid_t task_session_nr_ns(structtask_struct *tskstructpid_namespace*ns●入口参数：a)structtask_struct*tskb)structpid_namespace *ns●返回值：pid_t: 进程在命名空间ns的会话ID号(SID.)●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明得到进程在命名空间ns的会话ID号(SID)。
2接口名: 根据pid号和指定命名空间，查询进程描述符。
接口的功能描述：得到进程在给定命名空间，给定ID号时的进程描述符。
接口包含的函数：1)pid_t find_task_by_pid_ns(pid_t nr,structpid_namespace*ns)●入口参数：a)pid_t nrb)structpid_namespace*ns●返回值：structtask_struct●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
c)pid_namespace pid命名空间的结构体。
●函数说明得到进程在给定命名空间，给定ID号时的进程描述符。
2)structtask_struct find_task_by_vpid(pid_t vnr)●入口参数：a)pid_t vnr●返回值：structtask_struct●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明通过局部数字PID号查询进程描述符。
3)pid_t find_task_by_vpid(pid_t nr)●入口参数：a)pid_t nr●返回值：pid_t●重要的结构体说明：a)task_struct：存储的了进程的各种控制信息，详细定义参见重要数据结构。
b)pid_t：进程的数字ID号定义为int类型。
●函数说明得通过全局数字PID号查询进程描述符。
3接口名: 生成进程PID接口的功能描述：得到进程在给定命名空间，给定ID号时的进程描述符。
接口包含的函数：1)struct* pid alloc_pid（structpid_namespace*ns）●入口参数：a)structpid_namespace*ns:命名空间的结构体●返回值：struct* pid : pid管理数据结构。
●重要的结构体说明：a)struct* pid: pid管理数据结构。
b)pid_namespace:pid命名空间的结构体。
●函数说明:函数的具体流程是：与其他接口的调用的动态关系：1)将会调用“内存管理模块：kmem_cache_alloc()”接口。
2)将会被“进程控制模块:进程创建”接口调用。
3)调用“进程控制模块的：task_struct“。
4接口名：设置进程状态：接口包含的函数：1)void set_task_state(Structtask_struct*tsk ,int state)●入口参数：a)Structtask_struct*tsk:要设置的进程的进程描述符b)int state:要设置的进程状态。
●返回值：void●函数说明:该函数是实际上是一段宏定义的内联汇编将tsk的state成员变量赋值为入口参数state。
与其他接口的调用的动态关系：1)调用”进程控制模块的：task_struct“。
5接口名设置进程状态：接口包含的函数：1)void set_current_state(Structtask_struct*tsk ,int state)●入口参数：a)Structtask_struct*tsk:要设置的进程的进程描述符b)int state:要设置的进程状态。
●返回值：void●函数说明:该函数是实际上是一段宏定义的内联汇编将tsk的state成员变量赋值为入口参数state。
与其他接口的调用的动态关系：1)调用”进程控制模块的：task_struct“。
6接口名:sys_fork()接口的功能描述：为当前进程创建一子进程。
子进程只是完全复制父进程的资源，复制出来的子进程有自己的task_struct结构和pid,但却复制父进程其它所有的资源。
函数定义在\linux\arch\ia64\kernel\process.c中接口包含的函数：1)int sys_fork(structpt_regs*regs)●入口参数：a)structpt_regs*regs：用户态下的CPU寄存器在核心态的栈中的保存情况。
●返回值：a)Int: 进程创建的结果，详情请见本模块的结构体和宏的说明部分。
●重要的结构体说明：a)structpt_regs*regs：该结构体描述了在执行系统调用时，用户态下的CPU寄存器在核心态的栈中的保存情况。
●函数说明:函数的具体流程是：与其他接口的调用的动态关系：1)将会调用“进程控制模块：do_fork()”接口。
7接口名:sys_vfork()接口的功能描述：为当前进程创建一子进程。
用vfork创建的子进程与父进程共享地址空间，也就是说子进程完全运行在父进程的地址空间上，如果这时子进程修改了某个变量，这将影响到父进程。
函数定义在\linux\arch\ia64\kernel\process.c中接口包含的函数：1)int sys_vfork(structpt_regs*regs)●入口参数：a)structpt_regs*regs：用户态下的CPU寄存器在核心态的栈中的保存情况。
●返回值：a)Int: 进程创建的结果，详情请见本模块的结构体和宏的说明部分。
●重要的结构体说明：a)structpt_regs*regs：该结构体描述了在执行系统调用时，用户态下的CPU寄存器在核心态的栈中的保存情况。
●函数说明:函数的具体流程是：与其他接口的调用的动态关系：1)将会调用“进程控制模块：do_fork()”接口。
8接口名:sys_clone()接口的功能描述：clone()将父进程资源有选择地复制给子进程，而没有复制的数据结构则通过指针的复制让子进程共享，具体要复制哪些资源给子进程，由参数列表中的clone_flags来决定。
另外，clone()返回的是子进程的pid。
函数定义在\linux\arch\ia64\kernel\process.c中接口包含的函数：1)long sys_clone(unsigned long clone_flags,unsigned long newsp,void __user *parent_tid,void __user *child_tid,structpt_regs *regs)●入口参数：a)unsigned long clone_flags:创建进程的标志，详情请见本模块的结构体和宏的说明部分。
b)unsigned long newsp:新用户栈的指针。
c)void __user *parent_tid:父进程的PID。
d)void __user *child_tid: 子进程的PID。
e)structpt_regs*regs：用户态下的CPU寄存器在核心态的栈中的保存情况。
●返回值：a)long: 进程创建的结果，详情请见本模块的结构体和宏的说明部分。
●重要的结构体说明：a)structpt_regs*regs：该结构体描述了在执行系统调用时，用户态下的CPU寄存器在核心态的栈中的保存情况。
●函数说明:函数的具体流程是：与其他接口的调用的动态关系：1)将会调用“进程控制模块：do_fork()”接口。
9接口名:do_fork()接口的功能描述：创建一个进程。
接口包含的函数：1)long do_fork(unsigned long clone_flags,unsigned long stack_start,structpt_regs *regs,unsigned long stack_size,int __user *parent_tidptr,int __user *child_tidptr)●入口参数：a)unsigned long clone_flags：创建进程的标志，详情请见本模块的结构体和宏的说明部分。
