操作系统-进程管理实验报告

实验一进程管理1．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。

2．实验预备内容（1）阅读Linux的sched.h源码文件，加深对进程管理概念的理解；（2）阅读Linux的fork()源码文件，分析进程的创建过程。

3．实验内容（1）进程的创建：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：父进程显示字符“a”，子进程分别显示字符“b”和“c”。

试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。

源代码如下：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>int main(int argc,char* argv[]){pid_t pid1,pid2;pid1 = fork();if(pid1<0){fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);}1/12else if(pid1 == 0){printf("b\n");}else{pid2 = fork();if(pid2<0){fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);}else if(pid2 == 0){printf("c\n");}else{printf("a\n");sleep(2);exit(0);}}return 0;}结果如下：分析原因：pid=fork();操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建2/12立一个新的表项。

新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！因此，这三个进程哪个先执行，哪个后执行，完全取决于操作系统的调度，没有固定的顺序。

（2）进程的控制修改已经编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。

将父进程的输出改为father process completed输出b的子进程改为输出child process1 completed输出c的子进程改为输出child process2 completed运行的结果如下：理由同（1）如果在程序中使用系统调用lockf () 来给每一个进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。

加锁之后的代码：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>int main(int argc,char* argv[]){pid_t pid1,pid2;pid1 = fork();if(pid1<0){fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);3/12}else if(pid1 == 0){lockf(1,1,0);printf("child process1 completed\n");}else{pid2 = fork();if(pid2<0){fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);}else if(pid2 == 0){lockf(1,1,0);printf("child process2 completed\n");}else{lockf(1,1,0);printf(“father process is completed\n”);sleep(2);exit(0);}}return 0;}4/12所谓进程互斥，是指两个或两个以上的进程,不能同时进入关于同一组共享变量的临界区域,否则可能发生与时间有关的错误,这种现象被称作进程互斥.lockf()函数是将文件区域用作信号量（监视锁），或控制对锁定进程的访问（强制模式记录锁定）。

试图访问已锁定资源的其他进程将返回错误或进入休态，直到资源解除锁定为止。

而上面三个进程，不存在要同时进入同一组共享变量的临界区域的现象，因此输出和原来相同。

（3）a) 编写一段程序，使其实现进程的软中断通信。

要求：使用系统调用fork() 创建两个子进程，再用系统调用signal() 让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按DEL键）；当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用Kill() 向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后分别输出下列信息后终止：Child Process 1 is killed by Parent!Child Process 2 is killed by Parent!父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止：Parent Process is killed!代码如下：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>#include <signal.h>int wf;void waiting(){while(wf!=0);}5/12void stop(){wf = 0;}int main(int argc,char* argv[]){pid_t pid1,pid2;pid1 = fork();if(pid1<0){fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);}else if(pid1 == 0){wf = 1;signal(16,stop);//捕捉到父进程传来的16信号，继续往下执行waiting();//不往下执行lockf(1,1,0);printf("Child Process 1 is killed by Parent!\n");lockf(1,0,0);exit(0);}else{6/12pid2 = fork();if(pid2<0){fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);}else if(pid2 == 0){wf = 1;signal(17,stop);//捕捉到父进程传来的17信号，继续往下执行waiting();//不往下执行lockf(1,1,0);printf("Child Process 2 is killed by Parent!\n");lockf(1,0,0);exit(0);}else{wf = 1;//wf为1时，不往下执行，直到捕捉到键盘上传来的信号signal(SIGINT,stop);//捕捉到键盘传来的信号，执行stop函数waiting();kill(pid1,16);//向子进程p1发软中断信号16kill(pid2,17);//向子进程p2发软中断信号17wait(0);7/12wait(0);printf("Parent Process is killed!\n");exit(0);}}return 0;按下ctrl+c后，运行结果如下：软中断一般是指由指令int引起的“伪”中断动作——给CPU制造一个中断的假象；而硬中断则是实实在在由8259的连线触发的中断。

kill函数的原型如下：int kill(pid,sig)，pid 是一个或一组进程的标识符，参数sig是要发送的软中断信号。

signal函数的原型如下：signal(sig,function)，它以软中断信号的序号作为参数调用函数，也就是说，收到软中断信号sig后，调用函数function.当子进程1收到软中断信号16时，调用函数stop()解除“waiting”,继续往下执行；等它打印完了child process 1 is killed by parent,就退出；对于子进程2来说也是如此。

而父进程在此阶段一直处于“waiting”状态（执行wait(0))，直到两个子进程都退出了，父进程才会退出。

由于ctrl+c信号会并发传到每个进程中，进程受到该信号会立刻终止。

当子进程收到ctrl+c信号时，就终止了，根本不会等父进程传来的软中断信号，因此也就不会打印出child process1 is killed和child process2 is killed.b) 在上面的程序中增加语句signal(SIGINT, SIG-IGN) 和signal(SIGQUIT, SIG-IGN)，观察执行结果，并分析原因。

按下ctrl+c后，运行结果如下：signal(SIGINT, SIG-IGN)和signal(SIGQUIT, SIG-IGN)的作用是屏蔽从键盘上传来的中断信号，因此子进程可以接收到父进程传来的软中断信号，进而将那两句话打印出来8/12（4）进程的管道通信编制一段程序，实现进程的管道通信。

使用系统调用pipe() 建立一条管道线；两个子进程P1和P2分别向管道各写一句话：Child 1 is sending a message!Child 2 is sending a message!而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。

要求父进程先接收子进程P1发来的消息，然后再接收子进程P2发来的消息。

源代码如下：#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>int main(int argc,char* argv[]){pid_t pid1,pid2;int fd[2];char parbuf[50],childbuf[50];pipe(fd);//建立管道pid1 = fork();if(pid1<0){fprintf(stderr,"childprocess2 failed");exit(-1);}else if(pid1 == 0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(childbuf,"Child 2 is sending a message!\n");write(fd[1],childbuf,50);//向管道中写东西sleep(5);9/12lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{pid2 = fork();if(pid2<0){fprintf(stderr,"childprocess1 failed");exit(-1);}else if(pid2 == 0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(childbuf,"Child 1 is sending a message!\n");write(fd[1],childbuf,50);//向管道中写东西sleep(5);lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{wait(0);//等待某个子进程结束read(fd[0],parbuf,50);//从管道中读东西printf("%s",parbuf);wait(0);//等待某个子进程结束read(fd[0],parbuf,50);//从管道中读东西printf("%s",parbuf);exit(0);}}return 0;10/12}运行结果如下：值得注意的是，pipe(fd);pid1 = fork();这两句的位置不能调换，否则会出现下面结果：也就是说，只有子进程1向通过管道向父进程发送信息，且程序一直不退出。