操作系统实验(3)

实验三进程管理--进程的创建与并发执行

一．目的和要求

通过进程的创建、运行和撤销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。

二．实验内容

1、Shell下的进程控制：用ps命令查看进程；用kill命令中止某些进程；用pstree命令显示系统

中进程的层次结构。（可通过“帮助”查看上述命令有哪些参数）

2、掌握系统调用fork( )，exec系列函数（6个），exit( )，wait( )，waitpid( )，getpid( )，getppid( )

的功能和实现过程。

3、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’；两个子进程分别显示字符‘b’和‘c’。观察屏幕上的显示结果，并分析原因。

4、将上述的输出字符改为输出较长的字符串，观察进程并发执行，分析执行结果。

5、编写一段程序，使用系统调用fork( )创建一个子进程，在子进程中显示该子进程及其父进程的

PID，然后子进程睡眠10秒钟（使用系统调用sleep(10)）；父进程通过调用wait( )等待子进程结束，并显示该子进程的PID。

6、编写一段程序，使用系统调用fork( )创建一个子进程。子进程通过系统调用exec系列函数调

用命令ls，调用exit( )结束。而父进程则调用waitpid( )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。

三．实验提示

1、fork( )

fork( )是Linux的系统调用,其作用是创建进程，创建的子进程共享父进程在内存的程序段副本。

int fork(void)

创建一个新进程。调用fork的进程称为父进程，新进程是子进程。fork系统调用为父子进程返回不同的值：子进程中返回0，父进程中返回子进程的PID，即fork( )被调用了一次，但返回了两次，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，父子进程并发执行；如创建不成功则返回负数值。fork出错可能有两种原因（errno的含义请见后面第6部分）：（1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN。

（2）系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。

例如下面的代码：

#include /* 提供类型pid_t的定义*/

#include

#include

main(void)

{

pid_t pid; /*定义进程ID，pid_t是一种数据类型，在头文件sys/types.h中定义*/

pid=fork();

if(pid<0)

{

printf("fork error\n");

exit(0);

}

else if(pid==0)

printf("this is the child process!\n"); /*子进程执行的代码*/

else

printf("this is the parent process!\n"); /*父进程执行的代码*/

}

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PC （注意子程序的PC 开始位置），然后根据pid 变量保存的fork( )返回值的不同，执行了不同的分支语句，如下图所示：

2、exec 系列

exec 系统调用用新程序覆盖调用它的进程的地址空间。exec 把一个新的程序装入调用进程的内存空间，来改变调用进程的执行代码。此时，系统把代码段替换成新程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段和堆栈段，唯一留下的就是进程号。对系统而言，还是同一个进程，只不过运行另一个可执行程序。所以，fork( )/exec( )组合是典型的Linux 新进程产生模式，通常先用fork( )创建新进程，然后新进程通过调用exec( )系列执行自己的任务。

exec 加后缀，可有多种格式：

int execl(const char *path,const char *arg0,const char *arg1,…,(const char *)0);

int execlp(const char *file,const char *arg0,const char *arg1,…,(const char *)0);

int execle(const char *path, const char *arg0, const char *arg1, ... ,(const char *)0, char *const envp[]);

int execv(const char *path,const char *argv[]);

int execvp(const char *file,const char *argv[]);

int execve(const char *path, const char * argv[], char * const envp[]);

其中系统调用名称中的l 代表长格式，v 代表利用argv 传参，e 代表从envp 传递环境变量，p 代表从PATH 指定路径搜索文件。

使用以上函数需包含头文件unistd.h 。（#include）

以上六个函数中，execve 是系统调用函数，其它5个函数都是在用户空间中实现的，实际最终也是调用execve 实现最终功能。共同特点：运行成功时没有返回，因为把原来的程序置换了；运行失败时返回-1，失败原因存于errno 中。

fork( )调用前

fork( )调用后