16281035-操作系统实验2

操作系统第二次实验：进程控制

16281035
我的github网址，里面有源文件，请查看

实验目的

• 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
• 掌握Linux系统中的进程创建，管理和删除等操作。
• 熟悉使用Linux下的命令和工具，如man, find, grep, whereis, ps, pgrep, kill, ptree, top, vim, gcc，gdb, 管道|等。

基础知识

• 进程的创建

Linux中，载入内存并执行程序映像的操作与创建一个新进程的操作是分离的。将程序映像载入内存，并开始运行它，这个过程称为运行一个新的程序，相应的系统调用称为exec系统调用。而创建一个新的进程的系统调用是fork系统调用。

• exec系统调用

#include

int execl (const char *path, const char *arg,…);

execl()将path所指路径的映像载入内存，arg是它的第一个参数。参数可变长。参数列表必须以NULL结尾。

通常execl()不会返回。成功的调用会以跳到新的程序入口点作为结束。发生错误时，execl()返回-1，并设置errno值。

例 编辑/home/kidd/hooks.txt：

int ret;

ret = execl (”/bin/vi”, ”vi”,”/home/kidd/hooks.txt”, NULL);

if (ret == -1)

perror (”execl”);

​

• fork****系统调用

#include

#include

pid_t fork (void);

成功调用fork()会创建一个新的进程，它与调用fork()的进程大致相同。发生错误时，fork()返回-1，并设置errno值。

例：

pid_t pid;

pid = fork ();

if (pid > 0)

printf (”I am the parent of pid=%d!\n”, pid);

else if (!pid)

printf (”I am the baby!\n”);

else if (pid == -1)

perror (”fork”);

• 终止进程

exit()系统调用：

#include

void exit (int status);

• 进程挂起

pause() 系统调用：

int pause( void );

函数pause会把进程挂起，直到接收到信号。在信号接收后，进程会从pause函数中退出，继续运行。

• wait(等待子进程中断或结束)

​ #include

​ #include

pid_t wait (int * status);

wait()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结束。

如果在调用 wait()时子进程已经结束,则wait()会立即返回子进程结束状态值。

子进程的结束状态值会由参数status返回,而子进程的进程识别码也会一起返回。

如果不在意结束状态值,则参数status可以设成 NULL。

VIM常用命令速查

实验题目

1. 打开一个vi进程。通过ps命令以及选择合适的参数，只显示名字为vi的进程。寻找vi进程的父进程，直到init进程为止。记录过程中所有进程的ID和父进程ID。将得到的进程树和由pstree命令的得到的进程树进行比较。

1. 首先我先自己创建一个名为VI的vim文件，之后用vim打开
   

2. 打开界面如下：
   我在其中启用了编辑命令，编辑了以下内容：
   

3. 保存
   

4. 查看vim进程号，5065

   ![1552705140843](https://img-blog.csdnimg.cn/20190316114007384.png
   

5. 寻找vim进程的父进程，直到init进程为止。记录过程中所有进程的ID和父进程ID
   
   
   init进程的pid是1.

   init进程是其他所有进程的父进程.

   列出父进程号是1的进程，就是列出除了init外的所有进程.

   所以寻找vim的父进程如下：

   ​ 5065 -> 4626 -> 4619 -> 908 -> 1

6. 将得到的进程树和由pstree命令的得到的进程树进行比较。

两个相比较，是一样的结果： 5065 -> 4626 -> 4619 -> 908 -> 1

2、编写程序，首先使用fork系统调用，创建子进程。在父进程中继续执行空循环操作；在子进程中调用exec打开vi编辑器。然后在另外一个终端中，通过ps –Al命令、ps aux或者top等命令，查看vi进程及其父进程的运行状态，理解每个参数所表达的意义。选择合适的命令参数，对所有进程按照CPU占用率排序。

1. 程序代码 fork.c

   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   
   int main(int argc, char *argv[]){
   pid_t pid = fork();
   
   //在子进程
   if(pid == 0)
   {
   int num = execl("/usr/bin/vim","vim","NULL");
   if(num == -1)
   perror("execl");
   }
   
   else if(pid>0)
   {
   //在父进程
   while(1){}
   }
   
   else
   {
   printf("fork调用失败");
   }
   return (0);
   }
   

2. 运行结果：打开了vim

   
   
   

3. 查看vi进程及父进程的运行状态以及各个参数的意思：

   
   

4. 选择合适的命令参数，对所有进程按照CPU占用率排序

3、使用fork系统调用，创建如下进程树，并使每个进程输出自己的ID和父进程的ID。观察进程的执行顺序和运行状态的变化。

1. 首先对fork()函数调用进行简单的测试
   

​ 运行结果

输出两个hello

所以：函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，这个新产生的进程称为子进程。一个进程调用fork（）函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。需要注意的一点：就是调用fork函数之后，一定是两个进程同时执行的代码段是fork函数之后的代码，而之前的代码以及由父进程执行完毕。

fork()返回值意义如下：

=0：在子进程中

0：在父进程中

<0：创建失败

2. 源代码 fork3.c

   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   #include //这个头文件不能少，否则pid_t没有定义 
   
   int main(int argc, char *argv[])
   {
   pid_t pidA,pidB,pidC,pidD;
   printf("这是父进程，P1，PID是%d\n",getpid());
   
   pidA = fork(); //创建新进程
   
   if(pidA<0)
   {
   printf("新进程创建失败\n");
   return 0;
   }
   
   else if(pidA == 0)
   {
   printf("这是子进程，P3，PID是%d\n",getpid());
   return 0;
   }
   
   else
   {
   pidB = fork();
   if(pidB<0)
   {
   printf("新进程创建失败\n");
   return 0;
   }
   
   else if(pidB == 0)
   {
   printf("我是子进程，P2，PID是%d\n",getpid());
   
   pidC = fork();
   if(pidC == 0)
   {
   printf("这是子进程，P4，PID是%d\n",getpid());
   return 0;//防止产生孙进程
   }
   
   pidD = fork();
   if(pidD == 0)
   {
   printf("这是子进程，P5，PID是%d\n",getpid());
   return 0;//防止产生孙进程
   }
   }
   }
   return 0;
   }
   
   

3. 运行结果
   

4. 代码改进：我发现代码如上述，不论是父进程还是子进程都仍旧在执行，不会停止。

   所以我在原来的基础上加入了如下的代码：

    int *status;
                waitpid(pidC,status, 0);
                waitpid(pidD,status, 0);
                return 0;
           }
       }
       int *status;
       waitpid(pidB,status, 0);
       waitpid(pidA,status, 0);
       return 0;
   
   

   得到的运行结果自动停止
   

4、修改上述进程树中的进程，使得所有进程都循环输出自己的ID和父进程的ID。然后终止p2进程(分别采用kill -9 、自己正常退出exit()、段错误退出)，观察p1、p3、p4、p5进程的运行状态和其他相关参数有何改变。

1. kill -9

   

   在杀掉进程P2，进程号为5228之后，P4和P5的PPID不再是5228，而变成了895.

   我在进程树中查询，发现systemd(895), 也就是相当于最原始的一个根进程。那么我就有很多的问题：

   （1）为什么这些失去父进程的“孤儿”子进程的PPID不是systemd(1)?

   （2）systemd(1)和systemd(895)之间的关联是什么？

2. 自己正常退出

   源代码

   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   #include //这个头文件不能少，否则pid_t没有定义 
   
   int main(int argc, char *argv[])
   {
   pid_t pidA,pidB,pidC,pidD;
   int i;
   printf("这是父进程，P1，PID是%d\n",getpid());
   
   pidA = fork(); //创建新进程
   
   if(pidA<0)
   {
   printf("新进程创建失败\n");
   exit(0);
   }
   
   else if(pidA == 0)
   {
   i=100;
   while(i-->0)
   {
   printf("这是子进程，P3，PID是%d 它的父进程，P1，PID是%d\n",getpid(),getppid());
   }
   return 0;
   }
   
   else
   {
   pidB = fork();
   if(pidB<0)
   {
   printf("新进程创建失败\n");
   return 0;
   }
   
   else if(pidB == 0)
   {
   i=100;
   pidC = fork();
   if(pidC == 0)
   {
   i=100;
   while(i-->0){
   printf("这是子进程，P4，PID是%d 它的父进程，P2，PID是%d\n",getpid(),getppid());}
   return 0;//防止产生孙进程
   }
   
   pidD = fork();
   if(pidD == 0)
   {
   i=100;
   while(i-->0){
   printf("这是子进程，P5，PID是%d 它的父进程，P2，PID是%d\n",getpid(),getppid());
   }
   return 0;//防止产生孙进程
   }
   i=100;
   while(i-->0)
   {
   printf("这是子进程，P2，PID是%d 它的父进程，P1，PID是%d\n",getpid(),getppid());
   if(i==50) {
   	exit(0);
   }
   }
   
   int *status;
   waitpid(pidC,status, 0);
   waitpid(pidD,status, 0);
   return 0;
   }
   }
   int *status;
   waitpid(pidB,status, 0);
   waitpid(pidA,status, 0);
   return 0;
   
   }
   

   运行结果：

和第1问结果一样，只不过它运行过快，未自动结束前的部分没来得及截图。

3. 段错误退出

源代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include //这个头文件不能少，否则pid_t没有定义 

int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t pidA,pidB,pidC,pidD;
int i;
printf("这是父进程，P1，PID是%d\n",getpid());

pidA = fork(); //创建新进程

if(pidA<0)
{
printf("新进程创建失败\n");
exit(0);
}

else if(pidA == 0)
{
i=100;
while(i-->0)
{
printf("这是子进程，P3，PID是%d 它的父进程，P1，PID是%d\n",getpid(),getppid());
}
return 0;
}

else
{
pidB = fork();
if(pidB<0)
{
printf("新进程创建失败\n");
return 0;
}

else if(pidB == 0)
{
i=100;
pidC = fork();
if(pidC == 0)
{
i=100;
while(i-->0){
printf("这是子进程，P4，PID是%d 它的父进程，P2，PID是%d\n",getpid(),getppid());}
return 0;//防止产生孙进程
}

pidD = fork();
if(pidD == 0)
{
i=100;
while(i-->0){
printf("这是子进程，P5，PID是%d 它的父进程，P2，PID是%d\n",getpid(),getppid());
}
return 0;//防止产生孙进程
}
i=100;
while(i-->0)
{
printf("这是子进程，P2，PID是%d 它的父进程，P1，PID是%d\n",getpid(),getppid());
if(i==50) {
int *ptr = NULL;
*ptr = 0;
}
}

int *status;
waitpid(pidC,status, 0);
waitpid(pidD,status, 0);
return 0;
}
}
int *status;
waitpid(pidB,status, 0);
waitpid(pidA,status, 0);
return 0;

}

运行结果：


段错误退出从以上结果来看不会影响P2？它仍旧是P4和P5的父进程。