操作系统实验二：进程控制

实验二：进程控制

李许增16281042
操作系统arch Linux

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。

单步ps命令选择得到的进程树和用pstree命令得到的进程树相同。
ps -f -C name 命令为筛选指定名称进程的信息；
ps -p 进程号 -o comm= 为查找pid对应进程的名称；
ps -p -s 进程号 命令为查找指定进程号的进程树。

执行结果：

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。

程序代码（2_fork.c）：

#include
#include
int main()
{
	pid_t fork_pid;//fork_pid为fork函数返回值
	fork_pid = fork();
	if(fork_pid < 0)//当返回值为负值时表示出现错误
	{
		printf("fork error");
	}
	else if(fork_pid == 0)//当返回值为0时表示创建的子进程在运行
	{
		printf("我是子进程，我的pid为：%d\n",getpid());
		if((execlp("vi","vi","/home/os-2019/test",NULL))<0)//注意execlp参数使用
			printf("execlp error\n");
	}
	else//当返回值为其他正值时表示父进程在运行
	{
		printf("我是父进程，我的pid为：%d\n",getpid());
		while(1){};
	}
	return 0;
}

首先利用pstree命令查看vi进程以及父进程：

执行ps aux命令查看当前系统中运行程序情况:

制表项内容说明：

USER: 进程拥有者
PID: 进程pid
%CPU: 占用的 CPU 使用率
%MEM: 占用的内存使用率
VSZ: 占用的虚拟内存大小
RSS: 占用的内存大小
TTY: 终端的次要装置号码 (minor device number of tty)
STAT: 该进程的状态，linux的进程有以下状态：

1. D ：不可中断 Uninterruptible（usually IO）
2. R ：正在运行，或在队列中的进程
3. S ：处于休眠状态
4. T ：停止或被追踪
5. Z ：僵尸进程
6. W：进入内存交换（从内核2.6开始无效）
7. X ：死掉的进程
8. < ：高优先级
9. n：低优先级
10. s： 包含子进程
11. “+”： 位于后台的进程组

START: 进程开始时间
TIME: 执行的时间
COMMAND:对应执行的指令

对应和vi进程相关的进程信息：

ps –Al命令查看进程信息：

制表项内容说明：

UID：用户ID（User ID）
PPID：父进程pid
S：进程或内核线程的状态：
O：不存在
A：活动
W：已交换
I：空闲（等待启动）
Z：已取消
T：已停止
S：正在休眠
R：正在运行
C：（-f、l 和 -l 标志）每次系统时钟周期和发现线程或进程需要运行时增加进程或线程的 CPU 利用率。调度程序通过每秒将该值除以2一次来使其衰减。对于sched_other策略，CPU 利用率用于确定进程调度优先级。如果值较大，那么表示一个将耗用大量 CPU 资源的进程，该进程的优先级将更低；如果值较小，那么表示一个要执行大量 I/O 操作的进程，其优先级将更高。
PRI：（-l 和 l 标志）进程或内核线程的优先级；数字越大优先级越低。
WCHAN：（-l 标志）进程或内核线程为之等待或休眠的事件。对于内核线程，如果内核线程正在运行，该字段为空。 对于进程，如果只有一个内核线程正在休眠，等待通道定义为该休眠内核线程的等待通道；否则显示一个星号。
NI：（-l 和 l 标志）为 sched other 策略计算优先级中使用的细调值。
ADDR：通常情况下，（-l 和 l 标志）包含 进程栈的段号；如果为内核进程，那么为预处理数据区的地址。
SZ：（-l 和 l 标志）进程的核心映像大小（以 1 KB 为单位）。
TIME：（所有标志）进程的运行时间总和。如果运行时间达到 100 分钟，以 mm:ss 或 mmmm:ss 格式显示时间，这与使用 -o time 标志时的显示格式不同。

对应和vi进程相关的进程信息：

top命令实时显示系统中各个进程的资源占用状况：

利用“ps -aux –sort -pcpu | less”命令根据cpu占用率进行降序排序：

从得到的结果可以看出父进程2_fork在进行不断循环cpu占用率高达99.8%。

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。

程序代码(fork_tree.c)：

#include
#include
int main()
{
    pid_t fpid = fork();
    if(fpid == 0)
    {
        printf("我是子进程 P3 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
    }
    else
    {
        printf("我是父进程 P1 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
        fpid = fork();
        if(fpid == 0)
        {
            printf("我是子进程 P2 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
            fpid = fork();
            if(fpid == 0)
            {
                printf("我是孙子进程 P4， 我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
            }
            else
            {
                fpid = fork();
                if(fpid == 0)
                {
                    printf("我是孙子进程 P5 ,我的pid为：%d,ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
                }
                else
                {

                }
            }
        }
        else
        {
            
        }
    }
    sleep(20);
    return 0;
}

运行结果：

根据pstree命令查看进程得到结果与题目要求相同。
一般来说，在 fork() 之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法。（然而实验多次并为出现次序改变）。

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。

程序代码(fk_tree_cycle.c):

#include
#include
#include
int main()
{
    pid_t fpid = fork();
    if(fpid == 0)
    {
        while(1){
            printf("我是子进程 P3 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(2);
	}
    }
    else
    {
        fpid = fork();
        if(fpid == 0)
        {
            
            fpid = fork();
            if(fpid == 0)
            {
                while(1){
                    printf("我是孙子进程 P4， 我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
                    sleep(2);
		        }
            }
            else
            {
                fpid = fork();
                if(fpid == 0)
                {
                    while(1){
                        printf("我是孙子进程 P5 ,我的pid为：%d,ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
                    	sleep(2);
		            }
                }
                else
                {

                }
            }
            while(1){
                printf("我是子进程 P2 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
            	sleep(2);
            	//正常退出exit(1);
                //段错误方式： int *ptr = (int *)0;*ptr = 100;
	        }
        }
        else
        {
           
        }
        while(1){
            printf("我是父进程 P1 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(2);
	    }
    }
    sleep(20);
    return 0;
}

运行结果：

1>使用“kill -9 进程号”命令将P2进程终止：

P1正常运行，从ps命令可以看出P2进程变为僵尸进程（stat状态为z，zombie），其子进程P4,P5仍在运行，但是变为pid为1的子进程，相对于P1的进程树不显示P4,P5。

2>使用exit()使进程P2正常退出：

修改代码：

while(1){
    printf("我是子进程 P2 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
    sleep(2);
    exit(1)
}

运行结果：

P1正常运行，同使用kill命令杀死进程相同P2进程变为僵尸进程（stat状态为z，zombie），其子进程P4,P5仍在运行，但是变为pid为1的子进程，相对于P1的进程树不显示P4,P5。

3>采用段错误方式退出

段错误产生原因：
1、访问不存在的内存地址；
2、访问系统保护的内存地址
3、访问只读的内存地址
4、栈溢出
这里我采用访问系统保护的地址使段错误产生：

while(1){
    printf("我是子进程 P2 ，我的pid为：%d,我的ppid为：%d\n",getpid(),getppid());
    sleep(2);
    int *ptr = (int *)0;
    *ptr = 100;
}

运行结果：

P1正常运行，同使用前两种方式结束P2进程相同，P2进程变为僵尸进程（stat状态为z，zombie），其子进程P4,P5仍在运行但是变为pid为1的子进程，相对于P1的进程树不显示P4,P5。

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