實驗一 進程控制實驗

一、實驗目的

1、掌握進程的概念，理解進程和程序的區別。

2、認識和了解并發執行的實質。

3、學習使用系統調用fork()創建新的子進程方法，理解進程樹的概念。

4、學習使用系統調用wait()或waitpid()實現父子進程同步。

5、學習使用getpid()和getppid()獲得當前進程和父進程的PID號。

6、掌握使用exec簇函數實現進程映像更換的方法。

7、了解系統編程，學習父進程如何通過創建一個子進程來完成某項特定任務的方法。

二、實驗內容

1、進程的創建

??? 編寫一段程序，使用系統調用fork( )創建兩個子進程，在系統中有一個父進程和兩個子進程活動。讓每個進程在屏幕上顯示一個字符；父進程顯示字符“a”，子進程分別顯示字符“b” 和“c”。試觀察記錄屏幕上的顯示結果，并分析結果。（1分）

??? <參考程序>

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>

int main()

{ ? int? p1, p2;

??? ?? while((p1=fork())==-1);

??? ??? if(p1==0)

??? ??????? printf("b ");

??? ??? else

???? ?? { ? while((p2=fork())==-1);

??????? ??? if(p2==0)

??????? ??????? printf("c ");

??????? ??? else

??????????????? printf("a ");

??????? }

??????? return 0;

}

執行結果及結果分析：

shell窗口也是一個進程,所以看到4個進程信息，一個父進程，二個子進程和一個shell進程。先是父進程輸出a, 子進程1輸出b，之后是子進程2輸出c，之后輸出shell窗口提示符。

  1. 修改第一題，在父進程中顯示當前進程識別碼，在每個子進程中顯示當前進程識別碼和父進程識別碼，運行程序查看結果，分析運行結果。

試做：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>

int main()

{ ? int? p1, p2;

??? while((p1=fork())==-1);

??? if(p1==0)??? //p1子進程

??? ??? printf("b: pid=%d ppid=%d\n",getpid(),getppid());

?? ?else??????? //父進程

??? { ? while((p2=fork())==-1);

??????? if(p2==0)//p2子進程

??????? ??? printf("c: pid=%d ppid=%d\n",getpid(),getppid());

?????? ?else???? //父進程

??????????? printf("a: pid=%d\n",getpid());

??? }

??????? return 0;

}

運行結果：

結果分析：

先打印父進程 然后創建第一個子進程p1，然后父進程創建第二個子進程p2,如果不想讓父進程在子進程結束之前結束，可以用wait(0)讓父進程等待子進程結束,之后父進程再結束。2個wait（0）是因為有2個子進程要等待。

  1. 改進第二題，使父進程等待兩個子進程結束之后再結束。

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>

int main()

{ ? int? p1, p2;

??? while((p1=fork())==-1);

??? if(p1==0)

??? ??? printf("b:pid=%d ppid=%d\n",getpid(),getppid());

??? else

??? { ? while((p2=fork())==-1);

??????? if(p2==0)

??????? ??? printf("c:pid=%d ppid=%d\n",getpid(),getppid());

??????? else

??????????? {

wait(0);

wait(0);

??????????????? printf("a:pid=%d\n",getpid());

??????????? }

??? }

??????? return 0;

}

運行結果：

從上述子進程和父進程識別碼可以看出父子進程之間的關系。


?

圖1進程樹的參考程序：

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

int main()

{

??? int? p1,p2,p3;

??? while((p1=fork())== -1);

??? if(p1==0)

??? {

? ????? while((p2=fork())==-1);???????

?? ???? if(p2==0)

?? ???? {

??? ??????? while((p3=fork())==-1);???????

????? ????? if(p3==0)?? //p3子進程

????? ????????? printf(" d,Mypid=%d, myppid=%d\n", getpid(), getppid());

???? ?????? ?else?? //p2子進程

??????????????? printf(" c,Mypid=%d, myppid=%d\n", getpid(), getppid());

??????? }

??? ??? else //p1子進程

????? ? printf(" b,Mypid=%d, myppid=%d\n", getpid(), getppid());

??? }

??? else //主進程

??????? printf(" a,Mypid is %d\n", getpid());

getchar();

}

編譯及執行程序：

結果截屏：

  1. 模仿第2題，按圖2進程樹編寫程序，給出編譯及執行過程和結果截屏。（1分）

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/wait.h>

int main() {

??? pid_t a, b, c, d, e;

??? a = fork();

??? if (a < 0) {

??????? perror("fork");

??????? exit(1);

??? }

??? if (a == 0) {

??????? printf("I am process A\n");

??????? b = fork();

??????? if (b < 0) {

??????????? perror("fork");

??????????? exit(1);

??????? }

??????? if (b == 0) {

??????????? printf("I am process Bn");

??????????? c = fork();

??????????? if (c < 0) {

??????????????? perror("fork");

??????????????? exit(1);

??????????? }

??????????? if (c == 0) {

??????????????? printf("I am process C\n");

??????????? } else {

??????????????? printf("I am process B, and my child is process C\n");

??????????????? wait(NULL);

??????????? }

??????? } else {

??????????? printf("I am process A, and my child is process B\n");

??????????? wait(NULL);

??????? }

??? } else {

??????? d = fork();

??????? if (d < 0) {

??????????? perror("fork");

??????????? exit(1);

??????? }

??????? if (d == 0) {

??????????? printf("I am process Dn");

??????????? e = fork();

??????????? if (e < 0) {

??????????????? perror("fork");

??????????????? exit(1);

??????????? }

??????????? if (e == 0) {

??????????????? printf("I am process E\n");

??????????? } else {

??????????????? printf("I am process D, and my child is process E\n");

??????????????? wait(NULL);

??????????? }

??????? } else {

??????????? printf("I am process A, and my child is process D\n");

??????????? wait(NULL);

??????? }

??? }

??? return 0;

}

結果截屏：

  1. 分析程序，給出編譯及執行過程和結果截屏。（2分）
  1. #include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include <sys/wait.h>

int main()

{?? int child,p;

??????? while((child=fork())==-1);

??????? if(child==0)??? //子進程下

??????? {?? printf("In child: sleep for 10 seconds and then exit. \n");

??????????? sleep(10);

??????????? exit(0);

??????? }

??????? else??? //父進程下

??????? {?? do

??????????? {?? p=waitpid(child,NULL,WNOHANG);? //非阻塞式等待子進程結束

??????????????? if(p==0)

??????????????? {?? printf("In father: The child process has not exited.\n");

?????????????????? sleep(1);

??????????????? }

??????????? }while(p==0);

??????????? if(p==child)

??????????? {?? printf("Get child exitcode then exit!\n");}

??????????? else

??????????? {?? printf("Error occured!\n");}

??????? }

??????? exit(0);

}

編譯及執行過程和運行結果截屏：

分析程序功能：

該程序的功能是創建一個子進程，并在子進程中睡眠10秒后退出，父進程不阻塞地等待子進程結束并獲取退出狀態碼，然后退出。

2） #include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

main()

{?? int child,p;

??????? while((child=fork())==-1);

??????? if(child==0)??? //子進程下

??????? {?? execl("/home/student/welcome.out","",NULL);

??????????? exit(0);

??????? }

??????? else??? //父進程下

??????? {?? p=waitpid(child,NULL,0);? //阻塞式等待子進程結束??

if(p==child)

printf("Get child exitcode then exit!\n");

else

??????????????? printf("Error occured!\n");

??????? }

exit(0);

}

子進程要加載程序的源程序welcome.c：

#include<stdio.h>

main()

{?? printf("Hello! This is another process.\n");}

編譯及執行過程和運行結果截屏：

5. 編程創建2個子進程，子進程1運行指定路徑下的可執行文件(如：/home/student/welcome.out)，子進程2暫停10s之后退出，父進程先用阻塞方式等待子進程1的結束，然后用非阻塞方式等待子進程2的結束，待收集到二個子進程結束的信息，父進程就返回。（2分）

參考程序框架：

#include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include<sys/wait.h>

int main()

{?? int child1,child2,p;

??? while((child1=fork())==-1);

??? if(child1==0)?? //child1置換進程

??? {

???????? execl("/home/gzh0624/welcome.o","welcome.o",NULL);

???????? perror("execl");

???????? exit(0);

??? ? }

??? else??? //father

??? {?? while((child2=fork())==-1);

??????? if(child2==0)?? //child2暫停10秒退出

??????? {??

??????????????????? sleep(10);

??????????????????? exit(0);

??????? ? }

??????? else??? //father等待子進程結束

??????? {?? p=waitpid(child1,NULL,0);//阻塞式等待子進程1結束??

??????????? if(p==child1)

??????????????? printf("Get child1 exitcode then exit!\n");

??????????? else

??????????????? printf("Error occured!\n");

??????????? do

??????????? {p=waitpid(child2,NULL,WNOHANG);//非阻塞式等待子進程2結束

??????????????? if(p==0)

??????????????? {??

?????????????????? printf("In father: The child2 process has not exited.\n");

?????????????????? sleep(1);

??????????????? }

??????????? }while(p==0);

??????????? if(p==child2)??

??????????????? printf("Get child2 exitcode then exit!\n");

??????????? else???

??????????????? printf("Error occured!\n");

??????? }

??? }

??? exit(0);

}編譯及執行過程：

結果截屏：

分析程序功能：

程序的功能是創建兩個子進程，其中一個子進程調用另一個可執行文件welcome.o，另一個子進程暫停10秒后退出。父進程等待子進程結束，并打印相應的信息。

  1. 編寫一個簡易的shell解釋程序。其運行原理是：當命令行上有命令需要執行時，shell進程獲得該命令，然后創建子進程，讓子進程執行該命令，shell進程等待子進程退出，之后繼續等待命令行上的命令周而復始。(附加題)

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

#include <string.h>

#define MAX_CMD_LENGTH 100

void execute_command(char *command) {

??? pid_t pid;

??? pid = fork();

??? if (pid < 0) {

??????? fprintf(stderr, "Fork failed\n");

??????? exit(1);

??? } else if (pid == 0) { // Child process

??????? char *args[MAX_CMD_LENGTH];

??????? // Split the command into arguments

??????? char *token = strtok(command, " ");

??????? int i = 0;

??????? while (token != NULL) {

??????????? args[i++] = token;

??????????? token = strtok(NULL, " ");

??????? }

??????? args[i] = NULL;

??????? // Execute the command

??????? execvp(args[0], args);

??????? // If execvp returns, there was an error

??????? fprintf(stderr, "Command not found: %s\n", args[0]);

??????? exit(1);

??? } else { // Parent process

??????? int status;

??????? waitpid(pid, &status, 0);

??? }

}

int main() {

??? char command[MAX_CMD_LENGTH];

??? while (1) {

??????? printf("shell> ");

??????? fgets(command, MAX_CMD_LENGTH, stdin);

??????? // Remove new line character

??????? command[strcspn(command, "\n")] = 0;

??????? // Check if user wants to exit

??????? if (strcmp(command, "exit") == 0) {

??????????? break;

??????? }

??????? execute_command(command);

??? }

??? return 0;

}

編譯及執行過程：

結果截屏：

三、實驗總結和體會

? 在本次實驗中，我們深入學習并實踐了Linux進程控制的相關知識和技術。通過對進程創建、銷毀、管理等操作的實踐，我對Linux進程控制有了更加深入的理解和掌握。

首先，通過實驗，我學會了如何創建新的進程。我們使用了fork()系統調用，它可以創建一個與原進程幾乎完全相同的新進程，包括代碼、數據、運行時堆棧等。我們還學習了如何在新的進程中執行不同的代碼，以實現不同的功能。

其次，我學會了如何控制進程的執行。通過實驗中的信號處理，我們可以向進程發送信號，從而實現對進程的控制。我們學習了不同的信號及其對應的處理方式，如SIGINT、SIGKILL、SIGSTOP等。通過實驗，我更加了解了信號的工作原理和使用方法。

此外，我還學會了如何管理進程的資源。通過實驗中的共享內存和進程間通信，我們可以實現不同進程之間的數據傳遞和共享。我們學習了共享內存的創建、映射和銷毀等操作，以及如何使用信號量進行進程間的同步和互斥。

通過這次實驗，我深刻體會到了進程控制在操作系統中的重要性。進程是操作系統中最基本的運行單位，掌握好進程控制的知識和技術對于編程和系統管理都非常重要。通過實踐，我對Linux進程控制有了更加深入的理解，并且進一步培養了自己的編程能力和解決問題的能力。

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