進程管理試驗

1、廣州大學學生實驗報告開課學院及實驗宣開課學院及實驗宣. .計算機科學與工程實驗室計算機科學與工程實驗室20152015年年1111月月2929日日實綁實綁 程名程名稱稱操作系統(tǒng)實驗操作系統(tǒng)實驗成績成績實驗項實驗項目名稱目名稱實驗實驗1 1進程管理實驗進程管理實驗指導老師指導老師一、實驗目的1、掌握進程的概念，明確進程的含義 認識并了解井發(fā)執(zhí)行的實質(zhì) 加深對進程概念的理解，明確進程和程序的區(qū)別 分析進程爭用資源的現(xiàn)象，學習解決進程互斥的方法 了解Linux/windows系統(tǒng)中進程通信的基本原理 熟悉LINUX系統(tǒng)中進程之間軟中斷通信的基本原理 熟悉UNIX/LINUX支持的管道通信方式 熟悉消

2、息傳送的機理 了解和熟悉共享存儲機制二、實驗內(nèi)容1、編寫一段程序，使用系統(tǒng)調(diào)用forkO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和字符試觀察記錄屏幕上的顯示結(jié)果，井分析原因。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(jié)果，分析原因。3、 用fk()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lockfO來給每一個進程加鎖，以實現(xiàn)進程之間的

3、 互斥，觀察井分析出現(xiàn)的現(xiàn)象。5、 寫一個使用守護進程(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t ime_t的格式)注 意：要root權(quán)限才能在/var/log創(chuàng)建文件。6、(1)編寫程序：用forkO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(即按飛鍵)；捕捉到中斷信號后，父進程用系統(tǒng)調(diào)用killO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 processl is killed by Childprocess2 is kille

4、d by父進程等待兩個子進程終止后，Parentprocess is kiI led!(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pipeO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 issending a message!2、3、4、5、6、7、8、9、parent!parent!輸出如下的信息后終止: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) O8、消息的創(chuàng)建、發(fā)送和接收。使用系統(tǒng)調(diào)用msgget( ) . msgsnd ( ),msg

5、rev().及msgcti ()編制一長度為1 k的消息發(fā)送和接收的程序。9、編制一長度為1k的共享存儲區(qū)發(fā)送和接收的程序。三、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、實驗設備四、實驗設備Win?下虛擬機VMware-workstation-11. 0. 0及CentOS-5- 8T 386五五. .實驗要求實驗要求調(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(gòu)，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

6、程序六、實驗程序1 1、進程創(chuàng)建、進程創(chuàng)建#mclude niainQmtpbp2;vhile(p 1=forkO)= -1);if(plT)putchar(iy); elsevvliile(p2=fbrk( )= -1);嚴創(chuàng)建子進程p2*/if(p2=0)putchar(c);else putcliaiCa);2 2、進程管理、進程管理#mclude niainQmtpbp2,i;vhile(pl=fork( )= -1);for(i=0;i10;i+)pruiTf(daughter%dni);elseWhile(p2=fbrk( )= -1);嚴創(chuàng)建子進程p2*/ if(p2=0)/*創(chuàng)

7、建子進程pl*/*創(chuàng)建子進程pl*/for(i=0;i10;i+)prmtf(son%diii);elsefor(i=0;i10;i+)piiiitf(parent3.3.進程控制進程控制#iiiclude#iiiclude niain()mt pid;pid=fbrk();switch(pid)嚴創(chuàng)建子進程case -1:printf(*fbrk faillXn); exit(l);case 0:/榕子進程*/execf/biiVls； JsT J T coloUNULL);printf(execexit(l);default:/*父進程*/wait(NULL);嚴同步*printf(ls

8、completed !n); exit(O);廣創(chuàng)建失敗*74 4、進程互斥、進程互斥include include iiitpbp24;while(pl=fork( )= = -1);嚴創(chuàng)建子進程pl*/ if(P 1=0)lockf(l,l,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+) printfCdaugliter%dni);lockf(lQ0);/* 解鎖*/elsewhile(p2=fbrk( )= =-l);/* 創(chuàng)建子進程p2*/if (p2=0)lockfU丄0);/初貯/for(i=0;i10;i-H-)pruiT

9、f(son %dnd);lockf( 1,0,0);lockf(l丄0);for(i=0;i10;i+)pnntft paient %dW,i);lockf( 1,0,0);/* 解鎖*/5x5x守護進程守護進程#mclude #mclude #mclude #mclude maui()tiine_t t;FILE *fp;fy=fopen(7vai71og/NIydaenion.log*7a);/|T開文件pid_t pid;/守護神pid=fork(J;if(pid0)printfDaemon ou dutyW);exit(O);else if(pid=0)sleep(5);等待5秒再往文

10、件中寫入時間戳printf(Daemon on duty!n);t=tiine(O);fyruiTf(fp/Tlie current time is%snasctiine(Iocaltime(&t);fclose(fy);關閉文件6 6、信號通信機制、信號通信機制#mclude else/*加鎖*/建立time格式變量建立文件#mclude #mclude voidwaiting( ),stop(); intwait_niai*k;niain()mt pbp2,stdout; vbile(pI=forkQ)=-l); if(pl0)/*創(chuàng)建子進程pl*/vvliile(p2=fbrk(

11、)=-1);/* 創(chuàng)建子進程p2*/if(p20)wait_niark=l;sigiial(SIGET.stop);/*接收到人c信號， 轉(zhuǎn)stop*/waiting!)； kill(pia6);kill(p2J7);wait(O);wait(O);嚴向pl發(fā)軟中斷信號16*/嚴向p2發(fā)軟中斷信號17*/產(chǎn)同步*/printf(PareiiT process is killedIW); exit(O);elsewait_niai*k=l;signal(17,stop);嚴接收到軟中斷信號17,轉(zhuǎn)stop*/waiting!)；lockftstdoutJ.O);printf(CluId proc

12、ess 2 is killed byiockf(stdoutQO);exit(O);elsewait_inark=i; signal(16,stop);waitmg()； lockf(stdoutj,0); piiiitf(Childprocess I is killed by parent!ii);lockf(stdout.O,0);exit(O);嚴接收到軟中斷信號16,轉(zhuǎn)stop*/void waiting()wliile(wait_inark!=O);void stop()Wait_inark=O;7x7x進程的管道通信進程的管道通信#mclude #mclude #mclude in

13、t pidl,pid2;iuaui()mt fd2;char outpipe100,mpipe100;pipe(fd);嚴創(chuàng)建一個管道while (pidl=fork( )= =-l);if(pidl= =0)lockf(fd丄0);spnntfoutpipe,child 1 process is sending message!);/*把串放入數(shù)組outpipe中*/嚴向管道寫長為50字節(jié)的串*/嚴自我阻座5秒*/wrKe(fd 1 houtpipeJO);sleep(5);lockf(fJlAO);exit(O);elsevvliile(pid2=fbrk( )= =-l); if(pid

14、2= =0) lockf(fyl,l,0);spiiiitf(outpipe/cliild 2 process is sendingmessage!); vnte(fcJl,outpipe,50);sleep(5);/*互斥引lockftfdlAO);exit(O);elsewait(O);/*同步*7 iead(fd0.inpipe,50);/*從管道中讀長為50字節(jié)的串*/pnntf%sii*inpipe);wait(O);read(fd04npipe,50); printf%sii*inpipe);exit(O);8 8、客戶端服務端消息的發(fā)送與接收、客戶端服務端消息的發(fā)送與接收I)、c

15、lient.c#mclude #mclude #mclude 薦define MSGKEY 75stnict nisgfonn long nitype;char intext1000;insg;int nisgqid;void clientQ inti;nisgqid=insgget(MSGKEV0777);/*打開75#消息隊列*/fbr(i=10;i=l;i)nisg.nitype=i;piimfb(cliem)sentir);insgsiid(nisgqid,&nisg, 1024,0);/* 發(fā)送消息*/exit(O);niain()client();2)、serveT.cin

16、clude include include 薦define MSGKEY 75 stnictnisgfonn long nitype; char intext1000;insg;int nisgqid;void seiverQmsgqid=insggeT(MSGKEV0777|IPC_CREAr);產(chǎn)創(chuàng)建75#消息隊列donisgrcv(insgqid,&insg. 1030,0,0);嚴接收消息*/printfVYserveQreceivedW);wliile(ype !=1);msgctl(msgqid,IPC_RMID,O);嚴刪除消息隊列，歸還資源*/exit(O

17、);niainQserveM);9 9、共享存儲區(qū)通信、共享存儲區(qū)通信include include include 薦define SHMKEY 75 intshmidj; int *addr;void) inti;shinid=sliniget(SHMKEYa024,0777);addr=shinat(shinid,O,O);for (i=9;i=0;i-) while (*addr!=-l); phntfCXclient) sentn); *addi-i;exit(O);void serveM)shinid=shmget(SHMKEYaO24,O777iIPC_CREAr);嚴創(chuàng)建共享存

18、儲區(qū)addr=shinat(shinid,O,O);/* 獲取首地址*/do*addr=-l;while (*addr=-l);pniitf(serveij receivedn);wlule (*addr);shmcd(shmidJPC_RMID,O);/*撤消共享存儲區(qū)，歸還資源exit(O);niaui()while (i=fork( )= =-1); if (!i) seiver(); system(ipcs加)；while (i=fork( )=-l);wait(O);wait(O);七、總結(jié)心得（一）實驗分析：K進程創(chuàng)建進程創(chuàng)建進程的創(chuàng)建運行結(jié)果bca（有時會出現(xiàn)bac）rooTlo

19、calhogt Desktopjjt . /a： outbarootlocalhost Desk to p# c /a. outJicarooflocalhost Desktop# . / a. outbcarootlocalhost Desktop# . /a. outbcafr001localhost Desktop# . /a. out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:forkO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有隨機性的，性的，所以會 出現(xiàn)上述結(jié)果2、進程管理

20、嚴打開共享存儲區(qū)対 嚴獲得共享存儲區(qū)首地址*/進程的管理運行結(jié)果p a rent- son daughterdaughter或p arent son parent daughter等 第一種運行結(jié)果分析由于函數(shù)printfO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(jié)果相同。思考題：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)建新進程的爭件后，便調(diào)用進程創(chuàng)建原語Great()按 下述步驟創(chuàng)建一個新進程。1)申請空白PCB為

21、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)3)息。4緒隊列中。(2)當首次調(diào)用新創(chuàng)建進程時，其入H在哪里？答：fbrk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fbrk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 程第二種運行結(jié)果acarjcacarjchosthost jcxsjcxs */2*/2 l-2l-2e e1 12 23 34 45 56 67 7a4 4tAugmertAugmerlaughterlaughterlatighterlatighterlaughterlaughterJ

22、augmerJaugmerfaughfaugh十e e r rJaugmerJaugmeriaughteiaughter rlaugmerlaugmer(ayghter(ayghterL L2 23 34 45 56 67 73 39 9oarenloarenlaarcrrtaarcrrtparentparentoarentoarentparentparentgrentgrentarentarentjaijai 電m marentarentjcxT.ocalho-51jcxT.ocalho-51 J JCKCK-$-$ sonson 6 6sensensonsonwonwonsonsonwon

23、wonsonsonwonwon3 3 ononsonson2 23 34 45 57 78 89 9I rro&tMBTbcho sTlJesrtopjBTTaToufarenta ar rantant arentarentparentparentiariar ntntar entarentlarentlacontrootfilocall laughterlaughterlausht-erlaughterlauchterlaught 編譯預處理一 編譯一 優(yōu)化程序一 匯編程序一 鏈接程序一 可執(zhí)行文件(2)什么是進程同步？W皿()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

24、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wa(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(jié)果:parent第一種可能的運行結(jié)果son* daughter*daughter*SJc parent* son*P areM daiiglHei等第二種可能運行結(jié)果arent I ar ant arent arent I ar ent arentiairnt aren

25、t larent larontI LrooTgioca.inoSTSTyesKTopjffrootfil ocaUlaughterlaughterlaught6rlaughterlauchterlauht為什么？該程序中每個進程退出時都用了語句exit(O),這是進程的正常終止。在正常終 止時，exitO函數(shù)返回進程結(jié)束狀態(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waitO得到其終止狀態(tài)。在 子進程調(diào)用exitO后，子進程的結(jié)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waitO中讀取數(shù)據(jù)。若子進程結(jié)束后，父進程還 沒有讀取子進

26、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(jié)束之前就結(jié)束的話，則子進程就變成了“孤兒進程X 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(jié)束時，init會自動調(diào)用waitO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(jié)果并未顯示出？pl、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

27、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(jié)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pl、p2就被自己結(jié)束了，從而也就不會有預計的結(jié)果了。4、程序該如何修改才能得到正確結(jié)果？為了使程序運行得到正確的結(jié)果，町以在每個子進程程序段開頭加上忽略“AC”中斷信號 的語句，即：signal (SIGINT,SIG_IGN)。#include # i ncIude # i ncIude gcc o 2-5 t31 c-Z2-5Parent p rocess is killed! /2 5# i nc I ude void

28、wait in g(), stop (): int wa i t_mark; int ma i n 0 int p1, p2, stdout: whiIe(p1=fork()=-1); if (p10) whi Ie(p2=fork()=-!): if (p20) wa i t_tnark=1;signal(SIGINT,stop);/*創(chuàng)建子進程p1*/*創(chuàng)建子進程p2*/*接收到t信號，轉(zhuǎn)stop*/waitingO ;kill(p1.16)：kill(p2. 17)：wait(O); wait(O);printf (Parentexit(O);/*向p1發(fā)軟中斷信號16*/水向p2發(fā)軟中

29、斷信號17*/*同步*/Process is killed!n);else signal (SIGINT.SIG-IGN);wa it_mark=1;signal (17. stop) ;/*接收到軟中斷信號17,轉(zhuǎn)stop*/waitingO ;I ockf (stdout. 1,0);printf (Chi Id process 2 is killed by parent!n);I ockf (stdout. 0, 0);exit(O);else signal (SIGINT, SIG-IGN);wa it_mark=1; signal (16. stop);waitingO ;I ock

30、f (stdout. 1,0);printf (Chi Id process 1 i s killed by parent!n);I ockf (stdout. 0, 0);exit(O);/*接收到軟中斷信號16,轉(zhuǎn)stop*/void waitingO whi le(wait_mark!=O);void stop() wa it_mark=0;7.7.進程的管道通信進程的管道通信運行結(jié)果：執(zhí)行程序剛開始屏幕無反應cxlocalhost jex$ ./2-5延遲5秒后顯示chi Id 1 process is sending message!jcxlocalho5t jcx$ ./2-6ch

31、ild I process is sending message!再延遲5秒后顯示child2process is send i ng message!jcxXocalhost jcx$ ./2-6child 1 poce&s is sending message!child 2 process is sending message!思考題：1、程序中的sleep(5)起什么作用？作用是讓進程休眠5秒。2、子進程1和2為什么也能對管道進行操作？實驗中所用到的無名管道實際上是一個沒有路徑的臨時文件，進程通過該文件的文件描 述符來識別它，而子進程會繼承父進程的環(huán)境和上下文中的大部分內(nèi)容，包

32、括文件描述 符，從而子進程也能對父進程中創(chuàng)建的管道進行操作。8 8、客戶端服務端消息的發(fā)送與接收、客戶端服務端消息的發(fā)送與接收運行結(jié)果：2個程序分別編輯、編譯為client與server執(zhí)行！1)- /server& 2) ipcs -q 3) - /cl ientrootlocalhostrootlocalhostrootlocalhost1 13392rootlocalhostDesktopfiDesktop#Desktop#gcc -0 server gcc-0 client /server &13321332- - c c1331.1331. c cDesktop#ip

33、csipcs-q-q- Message Queues-bey msqid owier Ox0000004b 0 rootp erms777used-bytesmessages0 0 0 0Depictopfi . /clientC丄lentj sentLserver) receivedclient) sentserver)received :client)sent sexvec)received client)sent server)received client)sent server)received client)sent server)received client)sent serv

34、er)received :client)sent server)received client)sent server)received client)sent server)received1J+ Donerootlocalhost Desktop# |/server分析分析：從理想的結(jié)果來說，應當是每當cl lent發(fā)送一個消息后，server接收該消息，cl lent再發(fā)送下一條。也就是說（CI i ent） sent”和（server） rece i ved”的字樣應 該在屏幕上交替出現(xiàn)。實際的結(jié)果大多是，先由client發(fā)送了兩條消息，然后server接收一條消息。此后CI ient、server交替發(fā)送和接收交替發(fā)送和接收消息。最后server次接收兩 條消息 2Client和server分別發(fā)送和接收了10條消息，與預期設想一致。9、共享存儲區(qū)通信運行結(jié)果：在運行過程中，發(fā)現(xiàn)每當client發(fā)送一次數(shù)據(jù)后，server要等待大約0. 1秒才有響應。同樣，之后client又