实验2.2进程的控制

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操作系统实验实验二进程管理学号姓名班级华侨大学电子工程系实验目的1、理解进程的概念，明确进程和程序的区别。

2、理解并发执行的实质。

3、掌握进程的创建、睡眠、撤销等进程控制方法。

实验内容与要求基本要求：用c语言编写程序，模拟实现创建新的进程；查看运行进程；换出某个进程；杀死进程等功能。

实验报告内容1、进程、进程控制块等的基本原理。

进程是现代操作系统中的一个最基本也是最重要的概念，掌握这个概念对于理解操作系统实质，分析、设计操作系统都有其非常重要的意义。

为了强调进程的并发性和动态性，可以给进程作如下定义：进程是可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程又就绪、执行、阻塞三种基本状态，三者的变迁图如下：就绪I/o完成时间片完进程调度I/o请求阻塞执行由于多个程序并发执行，各程序需要轮流使用cpu，当某程序不在cpu上运行时，必须保留其被中断的程序的现场，包括：断点地址、程序状态字、通用寄存器的内容、堆栈内容、程序当前状态、程序的大小、运行时间等信息，以便程序再次获得cpu时，能够正确执行。

为了保存这些内容，需要建立—个专用数据结构，我们称这个数据结构为进程控制块pcb（processcontrolblock）。

进程控制块是进程存在的惟一标志，它跟踪程序执行的情况，表明了进程在当前时刻的状态以及与其它进程和资源的关系。

当创建一个进程时，实际上就是为其建立一个进程控制块。

在通常的操作系统中，pcb应包含如下一些信息：①进程标识信息。

为了标识系统中的各个进程，每个进程必须有惟一的标识名或标识数。

②位置信息。

指出进程的程序和数据部分在内存或外存中的物理位置。

实验二进程管理（二）进程的控制实验一、实验目的1、掌握进程另外的创建方法2、熟悉进程的睡眠、同步、撤消等进程控制方法二、实验内容1、用fork( )创建一个进程，再调用exec( )用新的程序替换该子进程的内容2、利用wait( )来控制进程执行顺序三、实验过程进入LINUX系统。

打开虚拟机，在vi中编写程序，在终端输入文件名，执行指令，得出运行结果。

1.运行程序：2.运行实验结果：四、回答问题（1）可执行文件加载时进行了哪些处理？可执行文件加载时首先是创建一个新进程的fork系统调用，然后用于实现进程自我终止的exit系统调用；改变进程原有代码的exec系统调用；用于将调用进程挂起并等待子进程终止的wait系统调用；获得进程标识符的getpid系统调用等处理过程。

（2）什么是进程同步？wait( )是如何实现进程同步的？a.我们把异步环境下的一组并发进程因直接制约而互相发送消息、进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。

b.首先程序在调用fork()建立一个子进程后，马上调用wait()，使父进程在子进程调用之前一直处于睡眠状态，这样就使子进程先运行，子进程运行exec()装入命令后，然后调用wait(0),使子进程和父进程并发执行，实现进程同步。

五、实验总结通过进程创建和进程控制两节课实验，让我们掌握了进程的基本概念及其含义，了解了系统是怎样创建进程的，首次调用新进程时，其入口地址在哪，应该开始从哪执行；搞明白可执行文件加载时进行的那些处理，进一步深刻认识到进程同步的概念以及wait（）实现进程同步的方式方法。

六、参考程序#include<stdio.h>#include<unistd.h>main( ){int pid;pid=fork( ); /*创建子进程*/switch(pid){case -1: /*创建失败*/printf("fork fail!\n");exit(1);case 0: /*子进程*/ execl("/bin/ls","ls","-1","-color",NULL); printf("exec fail!\n");exit(1);default: /*父进程*/ wait(NULL); /*同步*/printf("ls completed !\n");exit(0);}}。

实验2 进程控制一、实验目的加深对进程概念的理解，明确进程和程序和区别；进一步认识并发执行的实质；分析进程争用资源的现象。

二、实验内容1. 熟悉Linux进程控制常用命令。

2. 输入进程创建、控制的程序并调试程序。

三、实验预备知识1. 进程控制常用命令（1）ps 命令功能：查看目前的系统中有哪些进程，以及它们的执行情况。

常用命令格式及功能如下：ps 查看系统中属于自己的进程ps au 查看系统中所有用户的进程ps aux 查看系统中包含系统内部的及所有用户的进程主要输出列说明：USER：进程所有者的用户名PID：进程号TTY：进程从哪个终端启动TIME：此进程所消耗的CPU时间COMMAND：正在执行的命令或进程名称（2）top 命令功能：动态显示进程，实时监测进程状态。

与ps命令相似，只是top命令在执行后会以指定的时间间隔来刷新显示信息，以使top所显示的进程状态总是当前时刻的。

（3）kill 命令功能：结束或终止进程。

常用命令格式及功能如下：kill 5302 杀死PID为5302的进程kill -9 5302 强行杀死PID为5302的进程（4）echo $变量名功能：查看外壳变量的设定值。

例：echo $$ 显示当前进程PID2．常用系统调用函数常用系统调用函数、程序的说明、参数及定义如下：（1）fork()函数功能：创建一个新进程函数格式：int fork()其中返回int取值意义如下：小于0：创建失败0: 创建成功，在子进程中返回0值大于0: 创建成功，在父进程中返回子进程id值-1：创建失败（2）wait()函数功能：父进程等待子进程终止，以便对子进程进行善后处理。

函数格式：int wait(int *statloc)参数定义：statloc 指出子进程终止状态码的位置。

若不关心子进程的终止状态，可传递一个空指针。

返回值：正常返回时，为终止子进程的PID；错误返回时为-1；其他为0。

实验二进程控制1.学时：2，课外学时8。

2.实验类型：设计性实验3.实验目的：(1)加深对进程概念的理解，明确进程与程序的区别。

(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)熟悉linux下gcc工具的使用4.实验内容：题目一 4个fork。

写出以下程序输出结果，并画出进程家族树(必须编号)。

#include <unistd.h>int main(void){fork();fork();fork();fork();putchar('A');}题目二父进程不创建孙子进程。

如果父进程需要创建3子进程，但不想创建孙子进程。

编写程序，并画出进程家族树。

题目三父进程创建4个进程。

如果父进程需要创建4个进程，画出所有可能进程家族树。

题目四进程创建。

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“a“；两个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。

题目五子进程利用exec函数执行特定操作。

用fork( )创建一个进程，再调用exec( )用新的程序替换该子进程的内容；利用wait( )来控制进程执行顺序。

5.实验指导一）所涉及的系统调用1.fork( )创建一个新进程。

系统调用格式：pid=fork( )参数定义：fork( )返回值意义如下：0：在子进程中，pid变量保存的fork( )返回值为0，表示当前进程是子进程。

>0：在父进程中，pid变量保存的fork( )返回值为子进程的id值（进程唯一标识符）。

-1：创建失败。

如果fork( )调用成功，它向父进程返回子进程的PID，并向子进程返回0，即fork( )被调用了一次，但返回了两次。

此时OS在内存中建立一个新进程，所建的新进程是调用fork( )父进程（parent process）的副本，称为子进程（child process）。

实验一、进程控制实验1.1 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。

1.2 实验说明1）与进程创建、执行有关的系统调用说明 进程可以通过系统调用fork()创建子进程并和其子进程并发执行.子进程初始的执行映像是父进程的一个复本.子进程可以通过 exec()系统调用族装入一个新的执行程序。

父进程可以使用 wait()或 waitpid()系统调用等待子进程的结束并负责收集和清理子进程的退出状态。

fork()系统调用语法:pid_t#include <unistd.h>fork(void);fork 成功创建子进程后将返回子进程的进程号,不成功会返回-1.exec 系统调用有一组 6 个函数,其中示例实验中引用了 execve 系统调用语法:#include <unistd.h>const char * envp[]);path 要装const char *argv[],int execve(const char *path,入的新的执行文件的绝对路径名字符串.argv[] 要传递给新执行程序的完整的命令参数列表(可以为空).envp[] 要传递给新执行程序的完整的环境变量参数列表(可以为空).Exec 执行成功后将用一个新的程序代替原进程，但进程号不变，它绝不会再返回到调用进程了。

如果 exec 调用失败，它会返回-1。

wait() 系统调用语法:#include <sys/types.h>pid_t#include <sys/wait.h>wait(int *status);status 用pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int option);于保留子进程的退出状态pid 可以为以下可能值：-1 等待所有 PGID 等于 PID 的绝对值的子进程1 等待所有子进程0 等待所有 PGID 等于调用进程的子进程>0 等待 PID 等于 pid 的子进程 option 规定了调用 waitpid 进程的行为：WNOHANG 没有子进程时立即返回WUNTRACED 没有报告状态的进程时返回wait 和 waitpid 执行成功将返回终止的子进程的进程号，不成功返回-1。

电大操作系统实验2：进程管理实验
实验目的：
1.加深对进程概念的理解，特别是进程的动态性和并发性。

2.了解进程的创建和终止。

3.学会查看进程的状态信息。

4.学会使用进程管理命令。

实验要求：
1.理解有关进程的概念，能够使用ps命令列出系统中进
程的有关信息并进行分析。

2.理解进程的创建和族系关系。

3.能够使用&，jobs，bg，at等命令控制进程的运行。

实验内容：
1.使用ps命令查看系统中运行进程的信息。

实验环境：
实验步骤和结果：
1.输入ps命令，可以报告系统当前的进程状态。

2.输入ps-e命令，可以显示系统中运行的所有进程，包括系统进程和用户进程。

3.输入ps-f命令，可以得到进程的详细信息。

进程控制：
1.后台进程
1) $grep "注册用户名" /etc/passwd。

/tmp/abc &
2.作业控制
1) 进程休眠60秒Sleep 60 &
2) 进程休眠30秒Sleep 30 &
3) 查看进程状态Jobs
4) 将睡眠30秒的sleep命令放在前台执行fg%2
3.发送中断信号
1) 后台运行sleep命令$sleep 120 &
2) 查看sleep进程的状态$ps-p pid
3) 终止sleep命令$kill -9 pid。

实验二：进程的控制1 ．实验目的通过进程的创建、撤消和运行加深对进程概念和进程并发执行的理解，明确进程与程序之间的区别。

进程概念和程序概念最大的不同之处在于：(1)进程是动态的，而程序是静态的。

(2)进程有一定的生命期，而程序是指令的集合，本身无“运动”的含义。

没有建立进程的程序不能作为1个独立单位得到操作系统的认可。

(3)1个程序可以对应多个进程，但1个进程只能对应1个程序。

进程和程序的关系犹如演出和剧本的关系。

(4)进程和程序的组成不同。

从静态角度看，进程由程序、数据和进程控制块（PCB）三部分组成。

而程序是一组有序的指令集合。

2 ．实验内容(1) 了解系统调用fork()、execvp()和wait()的功能和实现过程。

(2) 编写一段程序，使用系统调用fork()来创建两个子进程，并由父进程重复显示字符串“parent:”和自己的标识数，而子进程则重复显示字符串“child:”和自己的标识数。

(3) 编写一段程序，使用系统调用fork()来创建一个子进程。

子进程通过系统调用execvp()更换自己的执行代码，新的代码显示“new program.”。

而父进程则调用wait()等待子进程结束，并在子进程结束后显示子进程的标识符，然后正常结束。

3 ．实验步骤（1）gedit创建进程1.c（2）使用gcc 1.c -o 1编译并./1运行程序1.c#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>void main(){int id;if (fork()==0){printf("child id is %d\n",getpid());}else if (fork()==0){printf("child2 id is %d\n",getpid());}else{id=wait(NULL);printf("parent id is %d\n",getpid());}}（3）运行并查看结果（4）gedit创建进程2.c使用gcc 2.c -o 2编译并./2运行程序2.c1 #include<stdio.h>2 #include<stdlib.h>3 #include<sys/types.h>4 #include<unistd.h>5 #include<sys/wait.h>6 int main()7 {8 pid_t pid;9 char *a[]={"ls","-l","/etc/passwd",0};10 int result;11 pid=fork();12 if(pid<0)13 {printf("fork error!");}14 else if(pid==0)15 {16 printf("new program!\n");17 execvp("ls",a);18 exit(0);19 }20 else21 {22 int e=waitpid(pid,&result,0);23 printf("child peocess PID:%d\n",e);24 exit(0);25 }26 }（5）运行并查看结果4 ．思考（1）系统调用fork()是如何创建进程的？1）申请空白PCB 2）为新进程分配资源3）初始化进程控制块（初始化标识信息，初始化处理机状态信息，初始化处理机控制信息，）4）将新进程插入就绪队列(2)当首次将CPU 调度给子进程时，其入口在哪里？进程的进程控制块（PCB）结构中有指向其TTS（任务状态段）的指针，TTS里面存放着进程的入口。

实验进程管理（一）进程的创建实验实验目的1、掌握进程的概念，明确进程的含义2、认识并了解并发执行的实质实验内容1、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'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、修改上述程序，每一个进程循环显示一句话。

子进程显示'daughter…'及'son ……'，父进程显示'parent ……'，观察结果，分析原因。

实验准备（1）阅读LINUX的fork.c源码文件（见附录二），分析进程的创建过程。

（2）阅读LINUX的sched.c源码文件(见附录三)，加深对进程管理概念的认识。

实验指导一、进程UNIX 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PCB，用于控制和管理进程。

PCB 的数据结构如下：1、进程表项（Process Table Entry）。

包括一些最常用的核心数据：进程标识符PID、用户标识符UID、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nice、指向就绪队列中下一个PCB 的指针P_Link、指向U 区进程正文、数据及栈在内存区域的指针。

2、U 区（U Area）。

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u-ruid(read user ID)、有效用户标识符u-euid(effective user ID)、用户文件描述符表、计时器、内部I/O参数、限制字段、差错字段、返回值、信号处理数组。