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实验题目：进程管理及进程通信

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文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持. 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. 实验题目：进程管理及进程通信 姓名 学号 实验日期 2016/10/12 实验环境： VMware Workstation中的Ubuntu 64位操作系统。 实验目的：

利用Linux提供的系统调用设计程序，加深对进程概念的理解。体会系统进程调度的方法和效果。 了解进程之间的通信方式以及各种通信方式的使用。 实验内容：

用vi 编写使用系统调用的C 语言程序。 操作过程及结果：

实验1： 编写程序。显示进程的有关标识（进程标识、组标识、用户标识等）。经过5 秒钟后，执行另一个程序，最后按用户指示（如：Y/N）结束操作。 结果： 实验2：

编写程序。实现父进程创建一个子进程。体会子进程与父进程分别获得不同返回值，进而执行不同的程序段的方法。 结果： 思考：子进程是如何产生的？又是如何结束的？子进程被创建后它的运行环境是怎样建立的？ 答:是由父进程用fork()函数创建形成的，通过exit()函数自我结束，子进程被创建后核心将其分配一个进程表项和进程标识符，检查同时运行的进程数目，并且拷贝进程表项的数据，由子进程继承父进程所有文件。 实验3： 编写程序。父进程通过循环语句创建若干子进程。探讨进程的家族树以及子进程继承父进程的资源的关系。 结果： 文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持. 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. 思考：① 画出进程的家族树。子进程的运行环境是怎样建立的？反复运行此程序看会有什么情况？解释一下。 ② 修改程序，使运行结果呈单分支结构，即每个父进程只产生一个子进程。画出进程树，解释该程序。 答1： 反复运行，子进程的编号在不断变化，但是初始的父进程的编号不会变，因为：父进程始终是该程序在虚拟机操作系统下的进程号，但是子进程是该父进程创建的子进程不断增加而得的，子进程的编号应该是顺序递增的。 答2： #include #include #include main() { int i, pid; for (i=1; i<4; i++) if (pid=fork()) break; }

实验4：

编写程序。使用fork( )和exec( )等系统调用创建三个子进程。子进程分别启动不同程序，并结束。反复执行该程序，观察运行结果，结束的先后，看是否有不同次序。 结果： 思考：子进程运行其它程序后，进程运行环境怎样变化的？反复运行此程序看会有什么情况？解释一下。 答：子进程运行其他程序后，这个进程就完全被新程序代替。由于并没有产生新进程所以进程标识号不改变，除此之外的旧进程的其他信息，代码段，数据段，栈段等均被新程序的信息所代替。新程序从自己的main()函数开始进行。反复运行此程序发现结束的先后次序是不可预知的，每次运行结果不一样。原因是当每个子进程运行其他程序时，他们的结束随着其他程序的结束而结束，所以结束的先后次序在改变。 实验5： 编写程序。验证子进程继承父进程的程序、数据等资源。如用父、子进程修改公共变量和私有变量的处理结果；父、子进程的程序区和数据区的位置。 结果： 思考：子进程被创建后，对父进程的运行环境有影响吗？解释一下。 答：子进程被创建后，对父进程的运行环境无影响，因为当子进程在运行时，他有自己的代码段和数据段，这些都可以作修改，但是父进程的代码段和数据段是不会随着子进程数据段和代码段的改变而改变。 文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持. 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. 实验6： 复习管道通信概念，编写一个程序。父进程创建两个子进程，父子进程之间利用管道进行通信。要求能显示父进程、子进程各自的信息，体现通信效果。 结果： 思考：①什么是管道？进程如何利用它进行通信的？解释一下实现方法。 ②修改睡眠时机、睡眠长度，看看会有什么变化。请解释。 ③加锁、解锁起什么作用？不用它行吗？ 答1：管道：是指能够连接一个写进程和一个读进程、并允许它们以生产者-消费者方式进行通信的一个共享文件，又称为pipe文件。由于写进程从管道的入端将数据写入管道，而读进程则从管道的出端读出数据。进程利用管道进行通信：将索引结点中的直接地址项作为一个循环队列来管理，为它设置一个读指针，一个写指针，按先进先出的顺序读写。在该例中，利用fd[2]这个数组来确定读写替换。执行进程1时，lockf(fd[1],1,0)使得管道写入端加锁，这样就可以进行写入了，write(fd[1],buf,50); /*信息写入管道*/ lockf(fd[1],0,0); /*管道写入端解锁*/这样其他进程就能继续进行读写操作了。然后执行进程2的写入，过程同上。最后父进程的进行读，read(fd[0],s,50)。读写之间、写和写之间也是互斥的，多以会加锁。 答2： 修改1号子进程的睡眠时间长度修改为20s后，等待了较长时间，然后出现了下面的结果：2号子进程先执行了，然后父进程执行。原因应该是：父进程进行wait()等待子进程，由于2号子进程的睡眠时间短，于是就先执行完了2号子进程的内容，然后才第二次wait()时才执行1号子进程，最后父进程结尾。 答3：加锁解锁的作用：为了使得读、写进程能够互斥的访问pipe文件，每逢继承访问pipe文件前，都需检查该索引节点是否已经上锁，若已经锁住，进程便睡眠等待；否则，将索引节点上锁，然后再进行读、写操作，操作结束后又将该索引节点解锁，并唤醒因该节点上锁而睡眠的进程。这样就能实现了读、写之间的互斥操作，每次只能有一个进程进行访问pipe文件。

实验7：

编程验证：实现父子进程通过管道进行通信。进一步编程，验证子进程结束，由父进程执行撤消进程的操作。测试父进程先于子进程结束时，系统如何处理“孤儿进程”的。 只要在父进程后加上wait()函数，然后打印“子进程已经结束”，一旦子进程结束，父进 程撤销进程。当父进程先于子进程终止时.所有子进程的父进程改变为init进程称为进程由init进程领养。 实验8： 编写两个程序，一个是服务者程序，一个是客户程序。执行两个进程之间通过消息机制通信。消息标识MSGKEY 可用常量定义，以便双方都可以利用。客户将自己的进程标识（pid）通过消息机制发送给服务者进程。服务者进程收到消息后，将自己的进程号和父进程号发送给客户，然后返回。客户收到后显示服务者的pid 和ppid，结束。 结果： 文档收集于互联网，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持. 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑. 思考：想一下服务者程序和客户程序的通信还有什么方法可以实现？解释一下你的设想，有兴趣试一试吗。 答：还可以通过管道操作。或者用信号量机制来实现。信号量是一个整形计数器，用来控制多个进程对共享资源的访问。或者通过消息队列信号机制，通过向消息队列发送信息、接收信息来实现进程间的通信。

实验9： 编程实现软中断信号通信。父进程设定软中断信号处理程序，向子进程发软中断信

号。子进程收到信号后执行相应处理程序。 结果： 思考：这就是软中断信号处理，有点儿明白了吧？讨论一下它与硬中断有什么区别？看来还挺管用，好好利用它。 答：软中断发生的时间是由程序控制的,而硬中断发生的时间是随机的。软中断是由程序调用发生的,而硬中断是由外设引发的。

实验10：用信号量机制编写一个解决生产者—消费者问题的程序。 研究并讨论： 1. 讨论Linux 系统进程运行的机制和特点，系统通过什么来管理进程？ 系统通过进程控制块（PCB）来管理进程。PCB主要分为四部分：（1）进程表项，（2）U区，（3）系统区表，（4）进程区表。 2.C语言中是如何使用Linux 提供的功能的？用程序及运行结果举例说明。 Linux 系统的一种用户接口是程序员用的编程接口，即系统调用。系统调用的目的 是使用户可以使用操作系统提供的有关进程控制、文件系统、输入输出系统、设备管理、 通信及存储管理等方面的功能，而不必涉及系统内部结构和硬件细节，大大减少用户程序 设计和编程难度。 Linux 的系统调用以标准实用子程序形式提供给用户在编程中使用。一般使用系统调 用应注意以下三点：（1）函数所在的头文件（2）函数调用格式，包括参数格式、类型。（3）返回值格式、类型。 例如：程序：在该程序中调用了系统程序"date". #include main() { execlp("date","date",(char *)0); return; } 结果如下： 3.什么是进程？如何产生的？举例说明。 答： 进程实体是程序段、相关的数据段和PCB三部分构成的实体。进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程的产生：进程是由创建而产生的，即使进程实体运行时而产生的。例如：父进程通过fork（）程序创建一个子进程。 4.进程控制如何实现的？举例说明。 答：进程控制一般由OS的内核中的原语来实现的。例如：用完了I/O设备的进程调用原语weakup（），将等待该事件的进程唤醒。 5.进程通信方式各有什么特点？用程序及运行结果举例说明。 答：通信方式有：（1）共享存储器系统：相互通信的进程共享某些数据结构或共享存储区，

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实验四 进程间通信实验(一)

实验四 进程间通信实验(一)

实验四进程间通信实验（一）实验目的：1.通过基础实验，基本掌握共享内存的程序设计。

2.通过编写程序，使读者掌握消息队列的设计方法。

实验内容：1.共享内存程序设计：创建两个进程，在A进程中创建一个共享内存，并向其写入数据，通过B进程从共享内存中读出数据。

2.消息队列程序设计：创建一个消息队列，如何使用消息队列进行两个进程（发送端和接受端）之间的通信，包括消息队列的创建、消息发送与读取、消息队列的撤销和删除等多种操作。

实验过程：（一）共享内存程序设计❝函数说明：共享内存的实现分为两个步骤，第一步是创建共享内存，这里用到的函数是shmget()，也就是从内存中获得一段共享内存区域。

第二步映射共享内存，也就是把这段创建的共享内存映射到具体的进程空间中，这里使用的函数是shmat()。

到这里，就可以使用这段共享内存了，也就是可以使用不带缓冲的I/O读写命令对其进行操作。

除此之外，当然还有撤销映射的操作，其函数为shmdt()。

❝共享内存的用法：使用共享内存进行进程间通信一般要经历下面几个步骤：[1]分配：进程通过调用shmget来分配一个共享内存块。

[2]映射：要让一个进程获取对一块共享内存的访问，这个进程必须先调用shmat映射共享内存。

[3]脱离与释放：当进程结束使用共享内存时，使用shmdt使共享内存脱离进程。

当不再需要共享内存时，使用shmctl（sid，IPC_RMID，0）删除它。

实验步骤及代码：1）自己建立文件夹，然后分别编辑shm_com.h、shm1.c、shm2.c./*shm_com.h*/#define TEXT_SZ 2048struct shared_use_st{int written_by_you;char some_text[TEXT_SZ];};--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------功能描述：本程序申请和分配共享内存，然后轮询并读取共享内存中的数据，直至读到“end”/*shm1.c*/#include<unistd.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include "shm_com.h"int main(void){int running=1;void *shared_memory=(void *)0;struct shared_use_st *shared_stuff;int shmid;/*创建共享内存*/shmid=shmget((key_t) 1234,sizeof(struct shared_use_st),0666|IPC_CREAT);if(shmid==-1){fprintf(stderr,"shmget failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}/*映射共享内存*/shared_memory=shmat(shmid,(void *)0,0);if(shared_memory==(void *)-1){fprintf(stderr,"shmat failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Memory attached at %X\n",(int)shared_memory);/*让结构体指针指向这块共享内存*/shared_stuff=(struct shared_use_st *)shared_memory;/*控制读写顺序*/shared_stuff->written_by_you=0;/*循环地从共享内存中读数据，直到读到“end”为止*/while(running){if(shared_stuff->written_by_you){printf("You wrote:%s",shared_stuff->some_text);/*读进程睡眠1秒，同时会导致写进程睡眠1秒，做到先读后写*/sleep(1);shared_stuff->written_by_you=0;if(strncmp(shared_stuff->some_text,"end",3)==0){running=0;//结束循环}}}/*删除共享内存*/if(shmdt(shared_memory)==-1){fprintf(stderr,"shmdt failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}exit(EXIT_SUCCESS);}----------------------------------------------------------------------------------------------------------------功能描述：本程序申请了上一段程序相同的共享内存，然后循环地向共享内存中写数据，直至写入“end”/*shm2.c*/#include<unistd.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include "shm_com.h"int main(void){int running=1;void *shared_memory=(void *)0;struct shared_use_st *shared_stuff;char buffer[BUFSIZ];int shmid;/*创建共享内存*/shmid=shmget((key_t) 1234,sizeof(struct shared_use_st),0666|IPC_CREAT);if(shmid==-1){fprintf(stderr,"shmget failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}/*映射共享内存*/shared_memory=shmat(shmid,(void *)0,0);if(shared_memory==(void *)-1){fprintf(stderr,"shmat failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Memory attached at %X\n",(int)shared_memory); /*让结构体指针指向这块共享内存*/shared_stuff=(struct shared_use_st *)shared_memory;/*循环地向共享内存中写入数据，直到写入的为“end”为止*/ while(running){while(shared_stuff->written_by_you==1){sleep(1); //等到读进程读完之后再写printf("waiting for client...\n");}printf("ENter some text:");fgets(buffer,BUFSIZ,stdin);strncpy(shared_stuff->some_text,buffer,TEXT_SZ);shared_stuff->written_by_you=1;if(strncmp(buffer,"end",3)==0){running=0; //结束循环}}/*删除共享内存*/if(shmdt(shared_memory)==-1){fprintf(stderr,"shmdt failed\n");exit(EXIT_FAILURE);}exit(EXIT_SUCCESS);}2）使用gcc shm1.c –o shm1和gcc shm2.c –o shm2 分别编译shm1.c和shm2.c3）在一个终端运行shm1，在另一个终端运行shm2。

进程实验-进程间通信(管道、消息、共享内存、软中断)

进程实验-进程间通信(管道、消息、共享内存、软中断)

进程实验3 Linux 进程间通信一、软中断信号的处理，实现同一用户的各进程之间的通信。

●相关的系统调用⏹kill(pid ,sig)：发送信号⏹signal（sig, func）：指定进程对信号sig的处理行为是调用函数func。

●程序清单#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <signal.h>void waiting();void stop();int wait_mark;main(){int p1,p2;while((p1=fork())==-1);if(p1>0){while((p2=fork())==-1);if(p2>0){ printf("parent\n");/*父进程在此完成某个操作、或接收到用户从键盘输入的特殊按键命令后发出下面的信号。

这里省略。

*/kill(p1,16);kill(p2,17);wait(0);wait(0);printf("parent process id killed! \n");exit(0);}else/* p2==0*/{printf("p2\n");wait_mark=1;signal(17,stop);waiting();printf("child process 2 is killed by parent! \n");exit(0);}}else/*p1==0*/{printf("p1\n");wait_mark=1;signal(16,stop);waiting();printf("child process 1 is kelled by parent! \n");exit(0);}}void waiting(){while(wait_mark!=0);}void stop(){wait_mark=0;}●输入并运行此程序，分析程序的运行结果。

实验二 Linux进程通信

实验二 Linux进程通信

实验二 Linux进程通信一、实验目的1）了解有关Linux系统调用；2）学习有关Linux的进程创建，理解进程创建后两个并发进程的执行。

二、实验内容在Linux环境下，用C/C++语言编程，使用系统调用fork创建进程多个子进程。

(1) 调试并完成下列程序，完成实验要求：#include "stdio.h"#include "sys/types.h"#include "unistd.h"int main(){pid_t pid1;pid_t pid2;pid1 = fork();pid2 = fork();printf("pid1:%d, pid2:%d\n", pid1, pid2);}要求：A.请说出执行这个程序后，将一共运行几个进程。

B.观察运行结果，并给出分析与解释。

答：A.执行这个程序后，将一共运行4个进程。

A.运行结果如下：分析与解释：fork()函数能够建立子进程，且使得子进程得到父进程地址空的一个复制；而且，当创建成功时，如果是父进程则返回0，子进程则返回子进程的I D，但是，fork()创建的进程并不是从该程序开头开始执行，它只是和父进程一样继续执行后续代码，因此在之后的语句中，父子进程同时创建一个进程，就形成了四个进程，如图上所示。

所以，，在上面的截图中，第一次fork()函数时成功产生了父子进程pid分别为2775和0，第二次使用fork()函数时父子进程又各产生了一对父子进程父进程产生的父子进程的pid分别为2776和0，子进程产生的父子进程的pid分别为0和2777。

因为进程是并发的，他的调度我们无法干预，所以出现的结果并非都是一成不变的，执行多次后，输出的顺序有可能不一样。

(2)参考下面的相关程序实例，编写一个管道实验程序，实现两个进程之间的数据通信。

要求：父进程顺序写入若干个字符串，子进程顺序读出内容，并写入文件piple.txt，并显示出来。

进程通信的实验报告

进程通信的实验报告

一、实验目的1. 理解进程通信的概念和作用。

2. 掌握进程通信的常用方法，包括管道、消息队列、信号量等。

3. 通过编程实践，加深对进程通信机制的理解和应用。

二、实验环境操作系统：Linux开发环境：gcc三、实验内容1. 管道通信2. 消息队列通信3. 信号量通信四、实验步骤及分析1. 管道通信（1）实验步骤1）创建一个父进程和一个子进程；2）在父进程中创建一个管道，并将管道的读端和写端分别赋给父进程和子进程；3）在父进程中，通过管道的写端发送数据给子进程；4）在子进程中，通过管道的读端接收父进程发送的数据；5）关闭管道的读端和写端；6）结束进程。

（2）实验分析通过管道通信，实现了父进程和子进程之间的数据传递。

管道是半双工通信，数据只能单向流动。

在本实验中，父进程向子进程发送数据，子进程接收数据。

2. 消息队列通信（1）实验步骤1）创建一个消息队列；2）在父进程中，向消息队列中发送消息；3）在子进程中，从消息队列中接收消息；4）删除消息队列；5）结束进程。

（2）实验分析消息队列是一种进程间通信机制，允许不同进程之间传递消息。

消息队列的创建、发送、接收和删除等操作都是通过系统调用实现的。

在本实验中，父进程向消息队列发送消息，子进程从消息队列接收消息，实现了进程间的消息传递。

3. 信号量通信（1）实验步骤1）创建一个信号量；2）在父进程中，对信号量执行P操作，请求资源；3）在子进程中，对信号量执行V操作，释放资源；4）结束进程。

（2）实验分析信号量是一种用于实现进程同步的机制。

在进程通信中，信号量可以用来协调多个进程对共享资源的访问。

在本实验中，父进程和子进程通过信号量实现了对共享资源的同步访问。

五、实验结果1. 管道通信实验结果：父进程成功向子进程发送数据，子进程成功接收数据。

2. 消息队列通信实验结果：父进程成功向消息队列发送消息，子进程成功从消息队列接收消息。

3. 信号量通信实验结果：父进程成功获取资源，子进程成功释放资源。