進程管理實驗(共16頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上廣州大學學生實驗報告開課學院及實驗室：計算機科學與工程實驗室 2015 年 11月29 日實驗課程名稱操作系統(tǒng)實驗成績實驗項目名稱實驗1 進程管理實驗指導老師一、實驗目的1、掌握進程的概念，明確進程的含義2、認識并了解并發(fā)執(zhí)行的實質(zhì)3、加深對進程概念的理解，明確進程和程序的區(qū)別 4、分析進程爭用資源的現(xiàn)象，學習解決進程互斥的方法5、 了解Linux/windows系統(tǒng)中進程通信的基本原理6、 熟悉LINUX系統(tǒng)中進程之間軟中斷通信的基本原理7、 熟悉UNIX/LINUX支持的管道通信方式8、 熟悉消息傳送的機理9、 了解和熟悉共享存儲機制2、 實驗內(nèi)容 1、編寫一段程

2、序，使用系統(tǒng)調(diào)用fork( )創(chuàng)建兩個子進程。當此程序運行時，在系統(tǒng)中有一個父進程和兩個子進程活動。讓每一個進程在屏幕上顯示一個字符：父進程顯示a，子進程分別顯示字符b和字符c。試觀察記錄屏幕上的顯示結果，并分析原因。 2、修改上述程序，每一個進程循環(huán)顯示一句話。子進程顯示daughter 及son ，父進程顯示 parent ，觀察結果，分析原因。 3、用fork( )創(chuàng)建一個進程，再調(diào)用exec( )用新的程序替換該子進程的內(nèi)容，利用wait( )來控制進程執(zhí)行順序。 4、修改實驗代碼2中的程序，用lockf( )來給每一個進程加鎖，以實現(xiàn)進程之間的互斥，觀察并分析出現(xiàn)的現(xiàn)象。 5、寫一個

3、使用守護進程(daemon)的程序，來實現(xiàn)：（1） 創(chuàng)建一個日志文件/var/log/Mydaemon.log （2）每5秒都向其中寫入一個時間戳(使用time_t的格式) 注意：要root權限才能在/var/log創(chuàng)建文件。 6、（1）編寫程序：用fork( )創(chuàng)建兩個子進程，再用系統(tǒng)調(diào)用signal( )讓父進程捕捉鍵盤上來的中斷信號（即按c鍵）；捕捉到中斷信號后，父進程用系統(tǒng)調(diào)用kill( )向兩個子進程發(fā)出信號，子進程捕捉到信號后分別輸出下列信息后終止：Child process1 is killed by parent!Child process2 is killed by pare

4、nt!父進程等待兩個子進程終止后，輸出如下的信息后終止：Parent process is killed! （2）分析利用軟中斷通信實現(xiàn)進程同步的機理 7、編寫程序?qū)崿F(xiàn)進程的管道通信。用系統(tǒng)調(diào)用pipe( )建立一管道，二個子進程P1和P2分別向管道各寫一句話： Child 1 is sending a message! Child 2 is sending a message!父進程從管道中讀出二個來自子進程的信息并顯示（要求先接收P1，后P2）。 8、消息的創(chuàng)建、發(fā)送和接收。使用系統(tǒng)調(diào)用msgget( ),msgsnd( ),msgrev( ),及msgctl( )編制一長度為k的消息發(fā)送

5、和接收的程序。 9、編制一長度為1k的共享存儲區(qū)發(fā)送和接收的程序。3、 實驗原理 1、進程創(chuàng)建 2、進程控制 3、信號量機制 4、管道機制 5、消息通信機制及共享存儲區(qū)機制。四、實驗設備 Win7下虛擬機VMware-workstation-11.0.0及CentOS-5.8-i3865、 實驗要求 調(diào)試并運行一個允許n個進程并發(fā)運行的進程管理模擬系統(tǒng)。了解該系統(tǒng)的進程控制、同步及通訊機構，每個進程如何用一個PCB表示、其內(nèi)容的設置；各進程間的同步關系；系統(tǒng)在運行過程中顯示各進程的狀態(tài)和有關參數(shù)變化情況的意義。六、實驗程序1、進程創(chuàng)建#include main( )int p1,p2;whil

6、e(p1=fork( )= -1); /*創(chuàng)建子進程p1*/if (p1=0) putchar(b); else while(p2=fork( )= -1); /*創(chuàng)建子進程p2*/if(p2=0) putchar(c); else putchar(a); 2、進程管理#include main( )int p1,p2,i;while(p1=fork( )= -1); /*創(chuàng)建子進程p1*/if (p1=0) for(i=0;i10;i+)printf(daughter %dn,i);else while(p2=fork( )= -1); /*創(chuàng)建子進程p2*/if(p2=0) for(i=0

7、;i10;i+) printf(son %dn,i);else for(i=0;i10;i+) printf(parent %dn,i); 3、進程控制#include#includemain( ) int pid; pid=fork( ); /*創(chuàng)建子進程*/switch(pid) case -1: /*創(chuàng)建失敗*/ printf(fork fail!n); exit(1); case 0: /*子進程*/ execl(/bin/ls,ls,-1,-color,NULL); printf(exec fail!n); exit(1); default: /*父進程*/ wait(NULL);

8、/*同步*/ printf(ls completed !n); exit(0); 4、進程互斥#include #include main()int p1,p2,i; while(p1=fork( )= = -1); /*創(chuàng)建子進程p1*/if (p1= =0)lockf(1,1,0); /*加鎖，這里第一個參數(shù)為stdout（標準輸出設備的描述符）*/for(i=0;i10;i+) printf(daughter %dn,i); lockf(1,0,0); /*解鎖*/else while(p2=fork( )= =-1); /*創(chuàng)建子進程p2*/if (p2= =0)lockf(1,1,0

9、); /*加鎖*/for(i=0;i10;i+)printf(son %dn,i);lockf(1,0,0); /*解鎖*/else lockf(1,1,0); /*加鎖*/ for(i=0;i10;i+) printf( parent %dn,i); lockf(1,0,0); /*解鎖*/5、守護進程#include #include #include #include main()time_t t; /建立time_t格式變量 FILE *fp; /建立文件 fp=fopen(/var/log/Mydaemon.log,a);/打開文件 pid_t pid; /守護神 pid=fork(

10、); if(pid0) printf(Daemon on duty!n); exit(0); else if(pid=0) sleep(5); /等待5秒再往文件中寫入時間戳 printf(Daemon on duty!n); t=time(0); fprintf(fp,The current time is %sn,asctime(localtime(&t); fclose(fp);/關閉文件6、信號通信機制#include #include #include void waiting( ),stop( );int wait_mark;main( )int p1,p2,stdout;whil

11、e(p1=fork( )= =-1); /*創(chuàng)建子進程p1*/if (p10) while(p2=fork( )= =-1); /*創(chuàng)建子進程p2*/if(p20) wait_mark=1;signal(SIGINT,stop); /*接收到c信號，轉(zhuǎn)stop*/waiting( );kill(p1,16); /*向p1發(fā)軟中斷信號16*/kill(p2,17); /*向p2發(fā)軟中斷信號17*/wait(0); /*同步*/wait(0);printf(Parent process is killed!n);exit(0); else wait_mark=1;signal(17,stop);

12、/*接收到軟中斷信號17，轉(zhuǎn)stop*/waiting( );lockf(stdout,1,0);printf(Child process 2 is killed by parent!n);lockf(stdout,0,0);exit(0);elsewait_mark=1;signal(16,stop); /*接收到軟中斷信號16，轉(zhuǎn)stop*/waiting( );lockf(stdout,1,0);printf(Child process 1 is killed by parent!n);lockf(stdout,0,0);exit(0); void waiting( ) while(wa

13、it_mark!=0);void stop( )wait_mark=0;7、進程的管道通信#include #include #include int pid1,pid2; main( ) int fd2;char outpipe100,inpipe100;pipe(fd); /*創(chuàng)建一個管道*/while (pid1=fork( )= =-1);if(pid1= =0) lockf(fd1,1,0); sprintf(outpipe,child 1 process is sending message!); /*把串放入數(shù)組outpipe中*/ write(fd1,outpipe,50);

14、/*向管道寫長為50字節(jié)的串*/ sleep(5); /*自我阻塞5秒*/ lockf(fd1,0,0); exit(0); else while(pid2=fork( )= =-1); if(pid2= =0) lockf(fd1,1,0); /*互斥*/ sprintf(outpipe,child 2 process is sending message!); write(fd1,outpipe,50); sleep(5); lockf(fd1,0,0); exit(0); else wait(0); /*同步*/ read(fd0,inpipe,50); /*從管道中讀長為50字節(jié)的串*

15、/ printf(%sn,inpipe); wait(0); read(fd0,inpipe,50); printf(%sn,inpipe); exit(0); 8、 客戶端服務端消息的發(fā)送與接收1）、client.c#include #include #include #define MSGKEY 75struct msgform long mtype; char mtext1000;msg;int msgqid;void client() int i;msgqid=msgget(MSGKEY,0777); /*打開75#消息隊列*/for(i=10;i=1;i-) msg.mtype=i;

16、printf(“(client)sentn”);msgsnd(msgqid,&msg,1024,0); /*發(fā)送消息*/exit(0);main( ) client( );2）、server.c#include #include #include #define MSGKEY 75struct msgform long mtype; char mtext1000;msg;int msgqid;void server( ) msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /*創(chuàng)建75#消息隊列*/do msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /*接

17、收消息*/ printf(“(server)receivedn”);while(msg.mtype!=1);msgctl(msgqid,IPC_RMID,0); /*刪除消息隊列，歸還資源*/exit(0);main( ) server( );9、共享存儲區(qū)通信#include #include #include #define SHMKEY 75int shmid,i; int *addr;void client( ) int i; shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777); /*打開共享存儲區(qū)*/addr=shmat(shmid,0,0); /*獲得共享存儲區(qū)首地址*/

18、for (i=9;i=0;i-) while (*addr!=-1); printf(client) sentn); *addr=i; exit(0);void server( )shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT); /*創(chuàng)建共享存儲區(qū)*/addr=shmat(shmid,0,0); /*獲取首地址*/do *addr=-1; while (*addr=-1); printf(server) receivedn);while (*addr);shmctl(shmid,IPC_RMID,0); /*撤消共享存儲區(qū)，歸還資源*/exit(0);main

19、( ) while (i=fork( )= =-1); if (!i) server( ); system(“ipcs -m”); while (i=fork( )= =-1); if (!i) client( ); wait(0); wait(0);7、 總結心得（1） 實驗分析：1、進程創(chuàng)建進程的創(chuàng)建運行結果bca(有時會出現(xiàn)bac)分析：從進程執(zhí)行并發(fā)來看，輸出bac,acb等情況都有可能。原因：fork()創(chuàng)建進程所需的時間多于輸出一個字符的時間，因此在主進程創(chuàng)建進程2的同時，進程1就輸出了“b”，而進程2和主程序的輸出次序是有隨機性的，所以會出現(xiàn)上述結果2、進程管理進程的管理運行結果

20、parentsondaughterdaughter或parentsonparentdaughter等第一種運行結果第二種運行結果分析：由于函數(shù)printf()輸出的字符串之間不會被中斷，因此，字符串內(nèi)部的字符順序輸出時不變。但是,由于進程并發(fā)執(zhí)行時的調(diào)度順序和父子進程的搶占處理機問題，輸出字符串的順序和先后隨著執(zhí)行的不同而發(fā)生變化。這與打印單字符的結果相同。思考題：（1）系統(tǒng)是怎樣創(chuàng)建進程的？答：一旦操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了要求創(chuàng)建新進程的事件后，便調(diào)用進程創(chuàng)建原語Creat（）按下述步驟創(chuàng)建一個新進程。1）申請空白PCB。為新進程申請獲得唯一的數(shù)字標識符，并從PCB集合中索取一個空白PCB2）為新進程

21、分配資源。為新進程的程序和數(shù)據(jù)以及用戶棧分配必要的內(nèi)存空間。3）初始化進程控制塊。包括：初始化標識信息，處理機狀態(tài)信息，處理機狀態(tài)控制信息。4）將新進程插入就緒隊列，如果進程就緒隊列能夠接納新進程，便將新進程插入到就緒隊列中。（2）當首次調(diào)用新創(chuàng)建進程時，其入口在哪里？答：fork系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建的子進程繼承了原進程的context，也就是說fork調(diào)用成功后，子進程與父進程并發(fā)執(zhí)行相同的代碼。但由于子進程也繼承了父進程的程序指針，所以子進程是從fork（）后的語句開始執(zhí)行(也就是新進程調(diào)用的入口)。另外fork在子進程和父進程中的返回值是不同的。在父進程中返回子進程的PID，而在子進程中返回0。

22、所以可以在程序中檢查PID的值，使父進程和子進程執(zhí)行不同的分支。 3、進程控制運行結果：執(zhí)行命令ls -l -color ，（按倒序）列出當前目錄下所有文件和子目錄；ls completed!分析：程序在調(diào)用fork( )建立一個子進程后，馬上調(diào)用wait( )，使父進程在子進程結束之前，一直處于睡眠狀態(tài)。子進程用exec( )裝入命令ls ，exec( )后，子進程的代碼被ls的代碼取代，這時子進程的PC指向ls的第1條語句，開始執(zhí)行l(wèi)s的命令代碼。注意在這里wait( )給我們提供了一種實現(xiàn)進程同步的簡單方法。思考題：(1）可執(zhí)行文件加載時進行了哪些處理？答：初始化,開辟內(nèi)存,顯示窗口是后

23、期可選工作。每個程序,任何一個程序,任何一個可執(zhí)行文件,啟動運行時都要調(diào)用Ntdll.dll中的NtCreateProcess()。將源代碼轉(zhuǎn)換為機器可認識代碼的過程。編譯程序讀取源程序（字符流），對之進行詞法和語法的分析，將高級語言指令轉(zhuǎn)換為功能等效的匯編代碼，再由匯編程序轉(zhuǎn)換為機器語言，并且按照操作系統(tǒng)對可執(zhí)行文件格式的要求鏈接生成可執(zhí)行程序。具體經(jīng)過下幾個處理：例如：C源程序編譯預處理編譯優(yōu)化程序匯編程序鏈接程序可執(zhí)行文件（2）什么是進程同步？wait( )是如何實現(xiàn)進程同步的？1)我們把異步環(huán)境下的一組并發(fā)進程因直接制約而互相發(fā)送消息而進行互相合作、互相等待，使得各進程按一定的速度執(zhí)行

24、的過程稱為進程間的同步。進程同步是進程之間直接的相互作用，是合作進程間有意識的行為。2）如果我們對一個消息或事件賦以唯一的消息名，則我們可用過程wait(消息名)表示進程等待合作進程發(fā)來的消息。這樣，wait（）就實現(xiàn)了進程間的同步。4、進程互斥運行結果：parentsondaughterdaughter或parentsonparentdaughter等第一種可能的運行結果第二種可能運行結果分析：上鎖后與未上鎖的輸出結果相同，也是隨著執(zhí)行時間不同，輸出結果的順序有所不同。因為上述程序執(zhí)行時，不同進程之間不存在共享臨界資源（其中打印機的互斥性已有由操作系統(tǒng)保證）問題，所以，加鎖與不加鎖效果相同。

25、5、守護進程運行結果： 創(chuàng)建一個日志文件/var/log/Mydaemon.log ，每5秒就向其中寫入一個時間戳(使用time_t的格式) 運行程序5秒之后可以看到6、信號通信機制運行結果：執(zhí)行程序屏幕無反應按下Ctrl+C后，屏幕顯示 Parent process is killed!分析：上述程序中，signal( )都放在一段程序的前面部位，而不是在其他接收信號處。這是因為signal( )的執(zhí)行只是為進程指定信號值16或17的作用，以及分配相應的與stop( )過程鏈接的指針。因而，signal( )函數(shù)必須在程序前面部分執(zhí)行。本方法通信效率低，當通信數(shù)據(jù)量較大時一般不用此法。思考題

26、：1、該程序段前面部分用了兩個wait(0)，它們起什么作用？該程序段前面部分用了兩個wait(0)，這是因為父進程必須等待兩個子進程終止后才終。wait()函數(shù)常用來控制父進程與子進程的同步。在父進程中調(diào)用wait()函數(shù)，則父進程被阻塞。進入等待隊列，等待子進程結束。當子進程結束時，會產(chǎn)生一個終止狀態(tài)字，系統(tǒng)會向父進程發(fā)出SIGCHLD信號。當接到信號后，父進程提取子進程的終止狀態(tài)字，從wait()返回繼續(xù)執(zhí)行原程序。2、該程序段中每個進程退出時都用了語句exit(0)，為什么？該程序中每個進程退出時都用了語句exit(0)，這是進程的正常終止。在正常終止時，exit()函數(shù)返回進程結束狀

27、態(tài)。異常終止時，則由系統(tǒng)內(nèi)核產(chǎn)生一個代表異常終止原因的終止狀態(tài)，該進程的父進程都能用wait()得到其終止狀態(tài)。在子進程調(diào)用exit()后，子進程的結束狀態(tài)會返回給系統(tǒng)內(nèi)核，由內(nèi)核根據(jù)狀態(tài)字生成終止狀態(tài)，供父進程在wait()中讀取數(shù)據(jù)。若子進程結束后，父進程還沒有讀取子進程的終止狀態(tài)，則系統(tǒng)就子進程的終止狀態(tài)置為“ZOMBIE”并保留子進程的進程控制塊等信息，等父進程讀取信息后，系統(tǒng)才徹底釋放子進程的進程控制塊。若父進程在子進程結束之前就結束的話，則子進程就變成了“孤兒進程”，系統(tǒng)進程init會自動“收養(yǎng)”該子進程，成為該子進程的父進程即父進程標識號變?yōu)?，當子進程結束時，init會自動調(diào)用

28、wait()讀取子進程的遺留數(shù)據(jù)，從而避免系統(tǒng)中留下大量的垃圾。3、為何預期的結果并未顯示出？p1、p2都會捕捉該中斷信號。對于父進程，當它捕捉到中斷信號后就會轉(zhuǎn)向程序中指定的函數(shù)“stop（）”，當“stop（）”執(zhí)行 完畢后，父進程被喚醒，從中斷處繼續(xù)運行。對于子進程，由于沒有給它們指定收到中斷信號后的動作，它們會在捕捉到中斷信號后執(zhí)行默認操作，即結束自己。所以當我們發(fā)出中斷信號后，父進程按預計方式正常執(zhí)行，而p1、p2就被自己結束了，從而也就不會有預計的結果了。4、程序該如何修改才能得到正確結果？ 為了使程序運行得到正確的結果，可以在每個子進程程序段開頭加上忽略“C”中斷信號的語句，即：

29、signal（SIGINT,SIG_IGN）。#include #include #include #include void waiting(),stop();int wait_mark;int main() int p1,p2,stdout; while(p1=fork()=-1); /*創(chuàng)建子進程p1*/ if (p10) while(p2=fork()=-1); /*創(chuàng)建子進程p2*/ if(p20) wait_mark=1; signal(SIGINT,stop); /*接收到c信號，轉(zhuǎn)stop*/ waiting(); kill(p1,16); /*向p1發(fā)軟中斷信號16*/ ki

30、ll(p2,17); /*向p2發(fā)軟中斷信號17*/ wait(0); /*同步*/ wait(0); printf(Parent process is killed!n); exit(0); else signal(SIGINT,SIG_IGN); wait_mark=1; signal(17,stop); /*接收到軟中斷信號17，轉(zhuǎn)stop*/ waiting(); lockf(stdout,1,0); printf(Child process 2 is killed by parent!n); lockf(stdout,0,0); exit(0); else signal(SIGINT,SIG_IGN); wait_mark=1; signal(16,stop); /*接收到軟中斷信號16，轉(zhuǎn)stop*/ waiting(); lockf(stdout,1,0); printf(Child process 1 is killed by parent!n); lockf(stdout,0,0); exit(0); void waiting() while(wait_mark!=0);void stop() wait_mark=0;7、進程的管道通信運行結果：執(zhí)行程序剛開始屏幕無反應延遲5秒后顯示child 1 proces