進程的創(chuàng)建與并發(fā)執(zhí)行-帶答案版課案

1、實驗二 進程管理2.1 進程的創(chuàng)建與并發(fā)執(zhí)行1. 實驗目的(1) 加深對進程概念的理解 , 理解進程和程序的區(qū)別。(2) 認識并發(fā)進程的實質(zhì)。分析進程爭用資源的現(xiàn)象，學習解決進程互斥的方法。(3) 理解系統(tǒng)調(diào)用和用戶命令的區(qū)別。2. 實驗類型： 驗證型3. 實驗學時： 24. 實驗原理和知識點(1) 實驗原理： 程序的并發(fā)執(zhí)行具有隨機性和不可再現(xiàn)性。 程序并發(fā)執(zhí)行會導致資源共享和 資源競爭， 各程序向前執(zhí)行的速度會受資源共享的制約。 程序的動態(tài)執(zhí)行過程用進程這個概 念來描述。 由于向前推進的速度不可預知， 所以多個進程并發(fā)地重復執(zhí)行， 整體上得到的結(jié) 果可能不同。但要注意，就其中某單個進程而言

2、，其多次運行結(jié)果是確定的。(2) 知識點：進程、子進程、并發(fā)執(zhí)行的特性；5. 實驗環(huán)境(硬件環(huán)境、軟件環(huán)境) ：(1) 硬件環(huán)境： Intel Pentium III 以上 CPU， 128MB 以上內(nèi)存， 2GB 以上硬盤(2) 軟件環(huán)境： linux 操作系統(tǒng)。6. 預備知識(1) fork() 系統(tǒng)調(diào)用頭文件： #include unix standard header/* 是 POSIX 標準定義的 unix 類系統(tǒng)定義符號常量的頭文件，包含了許多 UNIX 系統(tǒng)服務 的函數(shù)原型，例如 read 函數(shù)、 write 函數(shù)和 getpid 函數(shù) */ 函數(shù)原型： pid_t fork(v

3、oid);/* 是 Linux 下的進程號類型，也就是 Process ID _ Type的縮寫。其實是宏定義的unsigned int 類型 */函數(shù)功能： fork 的功能是創(chuàng)建 子進程 。調(diào)用 fork 的進程稱為 父進程 。如圖 2.1 所示。子 進程是父進程的一個拷貝，它繼承了父進程的用戶代碼、 組代碼、 環(huán)境變量、 已打開的文件 代碼、工作目錄及資源限制。 fork 語句執(zhí)行后，內(nèi)核向父進程返回子進程的進程號，向子 進程返回 0。 父子進程都從 fork() 的下一句開始并發(fā)執(zhí)行 。返回值：返回值 =-1 ：創(chuàng)建失敗。返回值 =0 ： 程序在子進程中。返回值 0 ： 程序在父進程中

4、。 (該返回值是子進程的進程號)編程提示： 雖然子進程是父進程的一個復制品，但父子的行為是不同的。編程時要抓住內(nèi) 核的返回值。通過返回值，可以知道是父進程還是子進程，因而可以編寫不同行為的代碼。圖 2.1 fork()創(chuàng)建進程示意圖發(fā)出 wait 調(diào)用的進程只要有子進程，就會睡眠(2) wait() 系統(tǒng)調(diào)用 頭文件： #include 函數(shù)原型： pid_t wait(int *status); 函數(shù)功能： wait 的功能是等待子進程結(jié)束。直到子進程中的一個終止為止。若沒有子進程，則該調(diào)用立即返回。 函數(shù)參數(shù)： status 是子進程退出時的狀態(tài)信息。 返回值：成功則返回子進程號，否則返回

5、-1 。(3) getpid() 系統(tǒng)調(diào)用 頭文件： unistd.h ，在 VC+6.0 下可以用 process.h 函數(shù)原型： pid_t getpid(void);函數(shù)功能： wait 的功能是將父進程掛起，等待子進程終止。 getpid 函數(shù)用來取得目前進程 的進程 ID，許多程序利用取到的此值來建立臨時文件，以避免臨時文件相同帶來的問題。 返回值：目前進程的進程 ID 。execnice(4) 其他系統(tǒng)調(diào)用 exit 終止進程 執(zhí)行一個應用程序 改變進程的優(yōu)先7. 實驗內(nèi)容與步驟(將所有截圖換成用戶名為你們自己姓名的拼音，并回答所有的問題) (1 )運行圖 2.1 所示程序?qū)D 2

6、.1 中的源程序保存為 e201.c 在終端中編譯 gcc o e201 e201.c運行 ./e201此時， 程序為死循環(huán)，在該終端中無法繼續(xù)輸入命令執(zhí)行，于是， 我們可以暫時不管這一個 終端，而是再新建一個終端，然后鍵入 ps e ，列出當前所有進程觀察屏幕，是否有兩個名為 e201 的進程。比較它們的進程號，判別哪個是父進程，哪 個是子進程。ctrl+c 強制結(jié)束。程序中的 while(1); 語句是為了不讓程序退出來，以便于你觀察進程狀態(tài)。用 kill 命令 把這兩個進程終止?？梢?，第一個終端如下圖所示，已經(jīng)從死循環(huán)中解救出來了。當然，最簡單粗暴的方法不是關閉相關進程，而是直接通過對圖

7、 2.1 的程序稍加改進，可看見兩個進程的進程號。(2) 編寫一段名為 e202.c 的源程序 , 使用系統(tǒng)調(diào)用 fork() 創(chuàng)建兩個子進程 p1 和 p2 。p1 的功能為顯示字符 b ，p2 的功能為顯示字符 c ，父進程的功能為顯示字符 a ，父進程 和兩個子進程并發(fā)運行。不停的運行 e202 ，觀察并記錄屏幕上的顯示結(jié)果。程序設計過程：用 while 語句控制 fork() 直到創(chuàng)建成功。 用 if 語句判別是在子進程中還是在父進程 中。程序運行后會創(chuàng)建三個進程，它們分別是子進程p1、p2 、父進程。這三個進程并發(fā)運行。假定子進程有些任務要做， 完成這些任務要花一定時間， 因此，可以

8、用一個延時函數(shù)簡 單地模擬這些任務。/e202.c #include void delay(int x) /*int i,j;for(i=0;ix;i+) for(j=0;j0 & p20 & p30) printf(A:%dn,getpid(); if(p1=0 & p20 & p30) printf(B:%dn,getpid(); if(p1=0 & p2=0 & p30) printf(C:%dn,getpid(); if(p1=0 & p2=0 & p3=0)printf(D:%dn,getpid(); if(p1=0 & p20 & p3=0) printf(E:%dn,getpid

9、(); if(p10 & p2=0 & p30) printf(F:%dn,getpid();if(p10 & p2=0 & p3=0) printf(G:%dn,getpid(); if(p10 & p20 & p3=0) printf(H:%dn,getpid(); sleep(10);return 0;這些進程構(gòu)成的進程樹為（要畫出進程樹才有加分哦 ! ）：ps f 命令可以查看當前終端進程的進程數(shù)關系圖8. 心得體會附錄 pstree 的用法格式： pstree 以樹狀圖顯示進程，只顯示進程的名字，且相同進程合并顯示。 格式： pstree -p 以樹狀圖顯示進程，還顯示進程 PID

10、。格式： pstree 格式： pstree -p 以樹狀圖顯示進程 PID 為 的進程以及子孫進程， 如果有 -p 參數(shù)則同時顯示每個進程 的 PID 。附錄 Linux 系統(tǒng)調(diào)用列表以下是 Linux 系統(tǒng)調(diào)用的一個列表，包含了大部分常用系統(tǒng)調(diào)用和由系統(tǒng)調(diào)用派生出的的函數(shù)。其中 有一些函數(shù)的作用完全相同，只是參數(shù)不同。 （有點像 C+ 函數(shù)重載，但是 Linux 核心是用 C 語言寫的， 所以只能取成不同的函數(shù)名）。還有一些函數(shù)已經(jīng)過時，被新的更好的函數(shù)所代替了（ gcc 在鏈接這些函 數(shù)時會發(fā)出警告），但因為兼容的原因還保留著，這些函數(shù)在前面標上“*”號以示區(qū)別。各系統(tǒng)調(diào)用的使用方法，可

11、以通過 man 命令獲得。、進程控制：fork創(chuàng)建一個新進程clone按指定條件創(chuàng)建子進程execve運行可執(zhí)行文件exit中止進程exit立即中止當前進程getdtablesize進程所能打開的最大文件數(shù)getpgid獲取指定進程組標識號setpgid設置指定進程組標志號getpgrp獲取當前進程組標識號setpgrp設置當前進程組標志號getpid獲取進程標識號getppid獲取父進程標識號getpriority獲取調(diào)度優(yōu)先級setpriority設置調(diào)度優(yōu)先級modify ldt讀寫進程的本地描述表nanosleep使進程睡眠指定的時間nice改變分時進程的優(yōu)先級pause掛起進程，等待

12、信號personality設置進程運行域prctl對進程進行特定操作ptrace進程跟蹤sched get priority max取得靜態(tài)優(yōu)先級的上限sched get priority min取得靜態(tài)優(yōu)先級的下限sched getparam取得進程的調(diào)度參數(shù)sched getscheduler取得指定進程的調(diào)度策略sched rr get interval取得按 RR 算法調(diào)度的實時進程的時間片長度sched setparam設置進程的調(diào)度參數(shù)sched setscheduler設置指定進程的調(diào)度策略和參數(shù)sched yield進程主動讓出處理器 ,并將自己等候調(diào)度隊列隊尾vfork創(chuàng)建一

13、個子進程，以供執(zhí)行新程序，常與 execve 等同時使用wait等待子進程終止wait3參見 waitwaitpid等待指定子進程終止wait4參見 waitpidcapget獲取進程權(quán)限capset設置進程權(quán)限getsid獲取會晤標識號setsid設置會晤標識號二、文件系統(tǒng)控制1、文件讀寫操作fcntl文件控制open打開文件creat創(chuàng)建新文件close關閉文件描述字read讀文件write寫文件readv從文件讀入數(shù)據(jù)到緩沖數(shù)組中writev將緩沖數(shù)組里的數(shù)據(jù)寫入文件pread對文件隨機讀pwrite對文件隨機寫lseek移動文件指針llseek在 64 位地址空間里移動文件指針dup復

14、制已打開的文件描述字dup2按指定條件復制文件描述字flock文件加 / 解鎖pollI/O 多路轉(zhuǎn)換truncate截斷文件ftruncate參見 truncateumask設置文件權(quán)限掩碼fsync把文件在內(nèi)存中的部分寫回磁盤2、文件系統(tǒng)操作access確定文件的可存取性chdir改變當前工作目錄fchdir參見 chdirchmod改變文件方式fchmod參見 chmodchown改變文件的屬主或用戶組fchown參見 chownlchown參見 chownchroot改變根目錄stat取文件狀態(tài)信息lstat參見 statfstat參見 statstatfs取文件系統(tǒng)信息fstatfs

15、參見 statfsreaddir讀取目錄項getdents讀取目錄項mkdir創(chuàng)建目錄mknod創(chuàng)建索引結(jié)點rmdir刪除目錄rename文件改名link創(chuàng)建鏈接symlink創(chuàng)建符號鏈接unlink刪除鏈接readlink讀符號鏈接的值mount安裝文件系統(tǒng)umount卸下文件系統(tǒng)ustat取文件系統(tǒng)信息utime改變文件的訪問修改時間utimes參見 utimequotactl控制磁盤配額三、系統(tǒng)控制ioctlI/O 總控制函數(shù)sysctl讀/ 寫系統(tǒng)參數(shù)acct啟用或禁止進程記賬getrlimit獲取系統(tǒng)資源上限setrlimit設置系統(tǒng)資源上限getrusage獲取系統(tǒng)資源使用情況us

16、elib選擇要使用的二進制函數(shù)庫ioperm設置端口 I/O 權(quán)限iopl改變進程 I/O 權(quán)限級別outb低級端口操作reboot重新啟動swapon打開交換文件和設備swapoff關閉交換文件和設備bdflush控制 bdflush 守護進程sysfs取核心支持的文件系統(tǒng)類型sysinfo取得系統(tǒng)信息adjtimex調(diào)整系統(tǒng)時鐘alarm設置進程的鬧鐘getitimer獲取計時器值setitimer設置計時器值gettimeofday取時間和時區(qū)settimeofday設置時間和時區(qū)stime設置系統(tǒng)日期和時間time取得系統(tǒng)時間times取進程運行時間uname獲取當前 UNIX 系統(tǒng)的

17、名稱、版本和主機等信息vhangup掛起當前終端nfsservctl對 NFS 守護進程進行控制vm86進入模擬 8086 模式create module創(chuàng)建可裝載的模塊項delete module刪除可裝載的模塊項init module初始化模塊query module查詢模塊信息*get kernel syms取得核心符號 , 已被 query module 代替四、內(nèi)存管理brk改變數(shù)據(jù)段空間的分配sbrk參見 brkmlock內(nèi)存頁面加鎖munlock內(nèi)存頁面解鎖mlockall調(diào)用進程所有內(nèi)存頁面加鎖munlockall調(diào)用進程所有內(nèi)存頁面解鎖mmap映射虛擬內(nèi)存頁munmap去除內(nèi)

18、存頁映射mremap重新映射虛擬內(nèi)存地址msync將映射內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫回磁盤mprotect設置內(nèi)存映像保護getpagesize獲取頁面大小sync將內(nèi)存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)寫回硬盤cacheflush將指定緩沖區(qū)中的內(nèi)容寫回磁盤五、網(wǎng)絡管理getdomainname取域名setdomainname設置域名gethostid獲取主機標識號sethostid設置主機標識號10gethostname獲取本主機名稱sethostname設置主機名稱六、socket 控制socketcallsocket 系統(tǒng)調(diào)用socket建立 socketbind綁定 socket 到端口connect連接遠程主機acce

19、pt響應 socket 連接請求send通過 socket 發(fā)送信息sendto發(fā)送 UDP 信息sendmsg參見 sendrecv通過 socket 接收信息recvfrom接收 UDP 信息recvmsg參見 recvlisten監(jiān)聽 socket 端口select對多路同步 I/O 進行輪詢shutdown關閉 socket 上的連接getsockname取得本地 socket 名字getpeername獲取通信對方的 socket 名字getsockopt取端口設置setsockopt設置端口參數(shù)sendfile在文件或端口間傳輸數(shù)據(jù)socketpair創(chuàng)建一對已聯(lián)接的無名 sock

20、et七、用戶管理getuid獲取用戶標識號setuid設置用戶標志號getgid獲取組標識號setgid設置組標志號getegid獲取有效組標識號setegid設置有效組標識號geteuid獲取有效用戶標識號seteuid設置有效用戶標識號setregid分別設置真實和有效的的組標識號setreuid分別設置真實和有效的用戶標識號getresgid分別獲取真實的 ,有效的和保存過的組標識號setresgid分別設置真實的 ,有效的和保存過的組標識號getresuid分別獲取真實的 ,有效的和保存過的用戶標識號setresuid分別設置真實的 ,有效的和保存過的用戶標識號setfsgid設置文件系統(tǒng)檢查時使用的組標