进程的创建与并发执行-带答案版

实验二进程管理2.1 进程的创建与并发执行1.实验目的(1) 加深对进程概念的理解,理解进程和程序的区别。

(2) 认识并发进程的实质。

分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。

(3) 理解系统调用和用户命令的区别。

2.实验类型：验证型3.实验学时：24.实验原理和知识点(1) 实验原理：程序的并发执行具有随机性和不可再现性。

程序并发执行会导致资源共享和资源竞争，各程序向前执行的速度会受资源共享的制约。

程序的动态执行过程用进程这个概念来描述。

由于向前推进的速度不可预知，所以多个进程并发地重复执行，整体上得到的结果可能不同。

但要注意，就其中某单个进程而言，其多次运行结果是确定的。

(2) 知识点：进程、子进程、并发执行的特性；5.实验环境（硬件环境、软件环境）：(1)硬件环境：Intel Pentium III 以上CPU，128MB以上存，2GB以上硬盘(2)软件环境：linux操作系统。

6. 预备知识(1) fork()系统调用头文件：#include <unistd.h> unix standard header/*是POSIX标准定义的unix类系统定义符号常量的头文件，包含了许多UNIX系统服务的函数原型，例如read函数、write函数和getpid函数*/函数原型：pid_t fork(void);/*是Linux下的进程号类型，也就是Process ID _ Type 的缩写。

其实是宏定义的unsigned int类型*/函数功能：fork的功能是创建子进程。

调用fork的进程称为父进程。

如图2.1所示。

子进程是父进程的一个拷贝，它继承了父进程的用户代码、组代码、环境变量、已打开的文件代码、工作目录及资源限制。

fork语句执行后，核向父进程返回子进程的进程号，向子进程返回0。

父子进程都从fork()的下一句开始并发执行。

返回值：返回值==-1：创建失败。

返回值==0：程序在子进程中。

返回值>0：程序在父进程中。

（该返回值是子进程的进程号）编程提示：虽然子进程是父进程的一个复制品，但父子的行为是不同的。

编程时要抓住核的返回值。

通过返回值，可以知道是父进程还是子进程，因而可以编写不同行为的代码。

图2.1 fork()创建进程示意图(2) wait()系统调用头文件：#include <sys/wait.h>函数原型：pid_t wait(int *status);函数功能：wait的功能是等待子进程结束。

发出wait调用的进程只要有子进程，就会睡眠直到子进程中的一个终止为止。

若没有子进程，则该调用立即返回。

函数参数：status是子进程退出时的状态信息。

返回值：成功则返回子进程号，否则返回-1。

(3) getpid()系统调用头文件：unistd.h，在VC++6.0下可以用process.h函数原型：pid_t getpid(void);函数功能：wait的功能是将父进程挂起，等待子进程终止。

getpid函数用来取得目前进程的进程ID，许多程序利用取到的此值来建立临时文件，以避免临时文件相同带来的问题。

返回值：目前进程的进程ID。

(4) 其他系统调用exit –终止进程exec –执行一个应用程序nice –改变进程的优先7. 实验容与步骤（将所有截图换成用户名为你们自己的拼音，并回答所有的问题）（1）运行图2.1所示程序将图2.1中的源程序保存为e201.c在终端中编译gcc –o e201 e201.c运行./e201此时，程序为死循环，在该终端中无法继续输入命令执行，于是，我们可以暂时不管这一个终端，而是再新建一个终端，然后键入ps –e，列出当前所有进程观察屏幕，是否有两个名为e201的进程。

比较它们的进程号，判别哪个是父进程，哪个是子进程。

程序中的while(1);语句是为了不让程序退出来，以便于你观察进程状态。

用kill命令把这两个进程终止。

可见，第一个终端如下图所示，已经从死循环中解救出来了。

当然，最简单粗暴的方法不是关闭相关进程，而是直接通过ctrl+c 强制结束。

对图2.1的程序稍加改进，可看见两个进程的进程号。

(2)编写一段名为e202.c的源程序,使用系统调用fork()创建两个子进程p1和p2。

p1的功能为显示字符'b'，p2的功能为显示字符'c'，父进程的功能为显示字符'a'，父进程和两个子进程并发运行。

不停的运行e202，观察并记录屏幕上的显示结果。

程序设计过程：用while语句控制fork()直到创建成功。

用if语句判别是在子进程中还是在父进程中。

程序运行后会创建三个进程，它们分别是子进程p1、p2、父进程。

这三个进程并发运行。

假定子进程有些任务要做，完成这些任务要花一定时间，因此，可以用一个延时函数简单地模拟这些任务。

//e202.c#include <stdio.h>void delay(int x) /* 延时函数*/{int i,j;for(i=0;i<x;i++)for(j=0;j<x;j++) ;}int main(){int p1,p2;while((p1=fork())==-1); /* 创建子进程p1 */if(p1==0) /* 子进程p1创建成功*/{delay(4096); /* 子进程p1延时*/putchar('b'); /* 子进程p1显示字符'b' */}else{while((p2=fork())==-1); /* 创建子进程p2 */if(p2==0) /* 子进程p2创建成功*/{delay(2048); /* 子进程p2延时*/putchar('c'); /* 子进程p2显示字符'c' */}else{putchar('a'); /* 父进程显示字符'a' */}}return 0;}按向上的光标键、回车，运行刚才的程序。

快速重复这个步骤，观察并记录结果。

请回答问题：屏幕上是否有时显示bac,有时显示bca，…。

为什么会这样呢？(3) 参考（1）完成下列程序设计父子进程同步实验：编写一段程序, 使用系统调用fork()创建一个子进程，子进程求1+2+……+100的和并打印出来，使用系统调用wait()让父进程等待子进程结束。

请贴出源代码截图：请贴出正确运行截图：(4) 已知下列Linux程序执行后, 运行结果如下，请画出进程家族树（以进程号标示进程，注意，每次运行进程号都不一样）。

//Linux程序#include "stdio.h"#include "unistd.h"int main(){int p1,p2,p3;p1=fork();p2=fork();p3=fork();//注：getpid()获取当前进程pidif(p1>0 && p2>0 && p3>0) printf("A:%d\n",getpid());if(p1==0 && p2>0 && p3>0) printf("B:%d\n",getpid());if(p1==0 && p2==0 && p3>0) printf("C:%d\n",getpid());if(p1==0 && p2==0 && p3==0)printf("D:%d\n",getpid());if(p1==0 && p2>0 && p3==0) printf("E:%d\n",getpid());if(p1>0 && p2==0 && p3>0) printf("F:%d\n",getpid());if(p1>0 && p2==0 && p3==0) printf("G:%d\n",getpid());if(p1>0 && p2>0 && p3==0) printf("H:%d\n",getpid());sleep(10);return 0;}这些进程构成的进程树为（要画出进程树才有加分哦!）：ps f 命令可以查看当前终端进程的进程数关系图8. 心得体会附录pstree的用法格式：pstree以树状图显示进程，只显示进程的名字，且相同进程合并显示。

格式：pstree -p以树状图显示进程，还显示进程PID。

格式：pstree <pid>格式：pstree -p <pid>以树状图显示进程PID为<pid>的进程以及子进程，如果有-p参数则同时显示每个进程的PID。

附录Linux系统调用列表以下是Linux系统调用的一个列表，包含了大部分常用系统调用和由系统调用派生出的的函数。

其中有一些函数的作用完全相同，只是参数不同。

（有点像C++函数重载，但是Linux核心是用C语言写的，所以只能取成不同的函数名）。

还有一些函数已经过时，被新的更好的函数所代替了（gcc在这些函数时会发出警告），但因为兼容的原因还保留着，这些函数在前面标上“*”号以示区别。

各系统调用的使用方法，可以通过man命令获得。

二、文件系统控制1、文件读写操作2、文件系统操作1、信号2、消息3、管道4、信号量5、共享存。