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1、实验 进程管理（一） 进程的创建实验实验目的1、掌握进程的概念，明确进程的含义2、认识并了解并发执行的实质实验内容1、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a，子进程分别显示字符b和字符c。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。2、修改上述程序，每一个进程循环显示一句话。子进程显示daughter 及son ，父进程显示 parent ，观察结果，分析原因。实验准备（1）阅读LINUX的fork.c源码文件（见附录二），分析进程的创建过程。（2）阅读LINUX的sched.c源
2、码文件(见附录三)，加深对进程管理概念的认识。实验指导一、进程UNIX中，进程既是一个独立拥有资源的基本单位，又是一个独立调度的基本单位。一个进程实体由若干个区（段）组成，包括程序区、数据区、栈区、共享存储区等。每个区又分为若干页，每个进程配置有唯一的进程控制块PCB，用于控制和管理进程。PCB的数据结构如下：1、进程表项（Process Table Entry）。包括一些最常用的核心数据：进程标识符PID、用户标识符UID、进程状态、事件描述符、进程和U区在内存或外存的地址、软中断信号、计时域、进程的大小、偏置值nice、指向就绪队列中下一个PCB的指针P_Link、指向U区进程正文、数据及
3、栈在内存区域的指针。2、U区（U Area）。用于存放进程表项的一些扩充信息。每一个进程都有一个私用的U区，其中含有：进程表项指针、真正用户标识符u-ruid(read user ID)、有效用户标识符u-euid(effective user ID)、用户文件描述符表、计时器、内部I/O参数、限制字段、差错字段、返回值、信号处理数组。由于UNIX系统采用段页式存储管理，为了把段的起始虚地址变换为段在系统中的物理地址，便于实现区的共享，所以还有：3、系统区表项。以存放各个段在物理存储器中的位置等信息。系统把一个进程的虚地址空间划分为若干个连续的逻辑区，有正文区、数据区、栈区等。这些区是可被共享
4、和保护的独立实体，多个进程可共享一个区。为了对区进行管理，核心中设置一个系统区表，各表项中记录了以下有关描述活动区的信息：区的类型和大小、区的状态、区在物理存储器中的位置、引用计数、指向文件索引结点的指针。4、进程区表系统为每个进程配置了一张进程区表。表中，每一项记录一个区的起始虚地址及指向系统区表中对应的区表项。核心通过查找进程区表和系统区表，便可将区的逻辑地址变换为物理地址。二、进程映像UNIX系统中，进程是进程映像的执行过程，也就是正在执行的进程实体。它由三部分组成：1、用户级上、下文。主要成分是用户程序；2、寄存器上、下文。由CPU中的一些寄存器的内容组成，如PC，PSW，SP及通用寄
5、存器等；3、系统级上、下文。包括OS为管理进程所用的信息，有静态和动态之分。三、所涉及的系统调用1、fork( ) 创建一个新进程。 系统调用格式： pid=fork( )参数定义：int fork( )fork( )返回值意义如下：0：在子进程中，pid变量保存的fork( )返回值为0，表示当前进程是子进程。0：在父进程中，pid变量保存的fork( )返回值为子进程的id值（进程唯一标识符）。-1：创建失败。如果fork( )调用成功，它向父进程返回子进程的PID，并向子进程返回0，即fork( )被调用了一次，但返回了两次。此时OS在内存中建立一个新进程，所建的新进程是调用fork(
6、)父进程（parent process）的副本，称为子进程（child process）。子进程继承了父进程的许多特性，并具有与父进程完全相同的用户级上下文。父进程与子进程并发执行。核心为fork( )完成以下操作：（1）为新进程分配一进程表项和进程标识符进入fork( )后，核心检查系统是否有足够的资源来建立一个新进程。若资源不足，则fork( )系统调用失败；否则，核心为新进程分配一进程表项和唯一的进程标识符。（2）检查同时运行的进程数目超过预先规定的最大数目时，fork( )系统调用失败。（3）拷贝进程表项中的数据将父进程的当前目录和所有已打开的数据拷贝到子进程表项中，并置进程的状态为“
7、创建”状态。（4）子进程继承父进程的所有文件对父进程当前目录和所有已打开的文件表项中的引用计数加1。（5）为子进程创建进程上、下文进程创建结束，设子进程状态为“内存中就绪”并返回子进程的标识符。（6）子进程执行虽然父进程与子进程程序完全相同，但每个进程都有自己的程序计数器PC(注意子进程的PC开始位置)，然后根据pid变量保存的fork( )返回值的不同，执行了不同的分支语句。例：.pid=fork( );if (! pid) printf(Im the child process!n);else if (pid0) printf(Im the parent process! n); else
8、 printf(Fork fail!n);PC fork( )调用前PC fork( )调用后.pid=fork( );if (! pid) printf(Im the child process!n);else if (pid0) printf(Im the parent process!n ); else printf(Fork fail!n);.pid=fork( );if (! pid) printf(Im the child process!n);else if (pid0) printf(Im the parent process!n ); else printf(Fork fai
9、l!n); 四、参考程序1、#include main( )int p1,p2;while(p1=fork( )= = -1); /*创建子进程p1*/if (p1= =0) putchar(b); else while(p2=fork( )= = -1); /*创建子进程p2*/if(p2= =0) putchar(c); else putchar(a); 2、#include main( )int p1,p2,i;while(p1=fork( )= = -1); /*创建子进程p1*/if (p1= =0) for(i=0;i10;i+)printf(daughter %dn,i);els
10、e while(p2=fork( )= = -1); /*创建子进程p2*/if(p2= =0) for(i=0;i10;i+) printf(son %dn,i);else for(i=0;i10;i+) printf(parent %dn,i);五、运行结果1、bca，bac, abc ,都有可能。2、parentsondaughter.daughter.或 parentsonparentdaughter等六、分析原因除strace 外，也可用ltrace -f -i -S ./executable-file-name查看以上程序执行过程。1、从进程并发执行来看，各种情况都有可能。上面的三
11、个进程没有同步措施，所以父进程与子进程的输出内容会叠加在一起。输出次序带有随机性。2、由于函数printf( )在输出字符串时不会被中断，因此，字符串内部字符顺序输出不变。但由于进程并发执行的调度顺序和父子进程抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。这与打印单字符的结果相同。补充：进程树在UNIX系统中，只有0进程是在系统引导时被创建的，在系统初启时由0进程创建1进程，以后0进程变成对换进程，1进程成为系统中的始祖进程。UNIX利用fork( )为每个终端创建一个子进程为用户服务，如等待用户登录、执行SHELL命令解释程序等，每个终端进程又可利用fork( )来创建其子
12、进程，从而形成一棵进程树。可以说，系统中除0进程外的所有进程都是用fork( )创建的。七、思考题（1）系统是怎样创建进程的？（2）当首次调用新创建进程时，其入口在哪里？实验二 进程管理（二）进程的控制实验实验目的1、掌握进程另外的创建方法2、熟悉进程的睡眠、同步、撤消等进程控制方法实验内容 1、用fork( )创建一个进程，再调用exec( )用新的程序替换该子进程的内容2、利用wait( )来控制进程执行顺序实验指导一、所涉及的系统调用在UNIX/LINUX中fork( )是一个非常有用的系统调用，但在UNIX/LINUX中建立进程除了fork( )之外，也可用与fork( ) 配合使用的
13、exec( )。1、exec( )系列系统调用exec( )系列，也可用于新程序的运行。fork( )只是将父进程的用户级上下文拷贝到新进程中，而exec( )系列可以将一个可执行的二进制文件覆盖在新进程的用户级上下文的存储空间上，以更改新进程的用户级上下文。exec( )系列中的系统调用都完成相同的功能，它们把一个新程序装入内存，来改变调用进程的执行代码，从而形成新进程。如果exec( )调用成功，调用进程将被覆盖，然后从新程序的入口开始执行，这样就产生了一个新进程，新进程的进程标识符id 与调用进程相同。exec( )没有建立一个与调用进程并发的子进程，而是用新进程取代了原来进程。所以exec( )调用成功后，没有任何数据返回，这与fork( )不同。exec( )系列系统调用在UNIX系统库unistd.h中，共有execl、execlp、execle、execv、execvp五个，其基本功能相同，只是以不同的方式来给出参数。一种是直接给出参数的指针，如：int execl(path,arg0,arg1,.argn,0);char *path,*arg0,*arg1,.,*argn;另一种是给出指向参数表的指针，如：int
