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【Linux】实验报告4 进程管理
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实验四 进程管理
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实验四 进程管理实验目录实验目的实验原理1.1 Linux中的进程1.2 进程的基本状态1.3 进程的实体结构1.4 进程存储空间1.5 进程号PID&PPID1.6 进程相关函数所需头文件getpid( )getppid( )fork( )wait( )exec( )
实验作业1. fork.c实践源代码问题描述程序运行结果结果分析
2. fork2.c实践源代码问题描述程序运行结果结果分析
3. processimage.c实践源代码问题描述程序运行结果结果分析
4. exec.c实践源代码问题描述程序运行结果结果分析
5. wait.c实践源代码问题描述程序运行结果结果分析
实验目的
通过实际上机调试和运行程序了解 Linux 系统中进程的基本编程；了解父进程和子进程的概念 实验原理 1.1 Linux中的进程在Linux系统中，进程 被认为是 具有一定功能的程序在一个数据集上的一次运行活动，是处于活动状态的计算机程序，操作系统是通过进程去完成一个个任务，进程是管理事务的基本单元 Linux是一个 多进程 的系统，进程之间具有 互不干扰 的特点。其中，每个进程都运行在各自独立的虚拟地址空间。因此，即使一个进程发生了异常，它也不会影响到系统的其他进程。创建一个进程时，系统会分配0—4G 虚拟地址空间，其中0—3G 是用户空间， 3—4G是内核空间，多个进程共用同一份内核，各自进程的用户空间是独立的 1.2 进程的基本状态 就绪态 ：程序满足执行的条件 ，等待CPU分配时间片执行态： CPU分配时间片给当前进程 ，进程正在占用CPU执行发任务的过程等待态 ：程序在执行过程中，不满足条件，而进行睡眠状态
1.3 进程的实体结构
1. 进程控制块（PCB） PCB是操作系统为了管理进程设置的一个专门的 结构体 task_struct 操作系统用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程，系统也可以利用PCB来控制和管理进程
2. 程序段 位于内存中，存放该程序的代码3. 数据段 位于内存中，存放该程序运行过程中存放的各种数据（如变量等） 1.4 进程存储空间内存空间代码验证 #include #include int global_init_val = 100; int global_noninit_val; int main(int argc,char *argv[],char * envp[]){ static int local_static_val = 1000; char *local_val; local_val = malloc(10); printf("address of text:%p\n",main); printf("address of data:%p %p\n",&global_init_val,&local_static_val); printf("address of bss:%p\n",&global_noninit_val); printf("address of heap:%p\n",local_val); printf("address of stack:%p\n",&local_val); free(local_val); printf("&environ = %p, environ = %p\n",&envp,envp); printf("&argv = %p, argv = %p\n",&argv,argv); return 0; }
每个进程都由一个进程号 PID 来标识，其类型为 pid_t（无符号整型），进程号的范围：0～32767。进程号总是 唯一的，但进程号可以重用。当一个进程终止后，其进程号就可以再次使用。 进程除了 PID 外，还有 PPID (父进程号)，任何进程（ 除 init 进程）都是由另一个进程创建。所有进程的祖先进程是同一个进程，它叫做init 进程，所以，在 Linux 下面所有的进程都由 init 进程直接或者间接创建。init 进程的PID 为 1, 是内核的第一个启动用户的进程。
父、子进程是 完全一样的（代码、数据），子进程从fork内部开始执行、fork返回子进程的pid后，接着执行下一条语句 fork( )调用的特点是 调用一次，返回两次，它可能有三种不同的返回值： 在父进程中，fork返回新创建子进程PID在子进程中，fork返回0如果出现错误，fork返回一个负值fork实例： #include #include #include int main(void){ pid_t pid=fork(); //fork时，子进程诞生，子进程从fork语句后开始执行 if(pid==0){ //子进程 printf("PID=%d, PPID=%d\n",getpid(),getppid()); printf("我是子进程\n"); }else if(pid>0){ printf("PID=%d, PPID=%d\n",getpid(),getppid()); printf("我是父进程\n"); } return 0; }
fork函数视频讲解 fork函数视频讲解2 wait( ) pid_t wait(int *status) 原型pid_t wait(int *status)函数功能调用wait后父进程将被阻塞，wait会分析当前进程的某个子进程是否已经退出。如果它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait会一直阻塞，直到有一个出现为止。返回值返回被收集的子进程的PID，若调用进程没有子进程，此时返回-1，同时errno被置为ECHILD。当父进程没有等待已终止的子进程时，子进程就会进入一种无父进程的状态，此时的子进程就是 僵尸进程，进而造成内存泄露。进程一旦变成僵尸状态，强制杀死进程的”kill -9”也无能为力，所以我们需要知道子进程的任务完成的如何，是否正常退出。 因此，我们需要让父进程等待自己的子进程，或者 父进程回收自己的子进程资源 包括僵尸进程。我们通过wait( )函数来完成这一功能 参数status 用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL 注意点 wait( )要与fork( )配套出现,如果在使用fork()之前调用wait( ),wait( )的返回值为-1,正常情况下wait( )的返回值为子进程的PID 如果先终止父进程,子进程将继续正常进行，只是它将由init进程(PID=1)继承,当子进程终止时,init进程捕获这个状态 wait函数视频讲解 exec( )使用fork( )函数创建子进程后，子进程通常会调用 exec函数 来执行另外一个程序 当进程调用exec函数时，该进程由新程序完全替换，即用一个可执行程序 代替当前进程的执行映像，而新程序则 从其main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以 前后的进程ID并未改变。exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。 exec函数视频讲解 实验作业 1. fork.c实践 源代码 #include #include #include int main(void) { pid_t pid; printf("Process Creation Study\n"); pid = fork(); switch(pid) { case 0: printf("Child process is running,CurPid is %d,ParentPid is %d\n", getpid(), getppid()); break; case -1: perror("Process creation failed\n"); break; default: printf("Parent process is running,CurPid is %d,ChildPid is %d\n", getpid(), pid); break; } return 0; } 问题描述请回答，程序的运行结果是什么？并且分析程序输出这个结果的原因。 程序运行结果
请回答，程序的运行结果是什么？并且分析程序输出这个结果的原因。 程序运行结果
该代码验证了fork( )函数 调用子进程、父进程的顺序。一般来说，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算法。 从代码结果可见，fork( )函数对两者的调用是 交替进行 的，否则得到的结果应该是连续输出5句”Parent process is running“以及连续输出3句"Child process is running"，而不是两者交替输出。 3. processimage.c实践 源代码 #include #include #include int main(int argc, char *argv[], char **environ){ int i; printf("I am a process image!\n"); printf("My pid = %d, parentpid = %d\n",getpid(), getppid()); printf("uid:%d, gid%d\n"， getuid(), getgid()); for(i=0; i case -1: perror("Process Creation failed\n"); exit(1); case 0: printf("Child process is running\n"); printf("My pid = %d ,parentpid = %d\n",getpid(),getppid()); printf("uid = %d,gid =%d\n",getuid(),getgid()); execve("processimage.out",argv, environ); printf("process never go to here!\n"); exit(0); default: printf("Parent process is running\n"); break; } wait(&stat_val); exit(0); } 问题描述回答：程序执行的结果是什么？请分析改程序的执行过程。 程序运行结果
在本次程序代码运行过程中，fork( )函数首先调用了父进程，即先输出了“Parent process is running" 之后fork( )函数调用了子进程，正常执行到line17。在line18处，由于execve命令，系统调用processimage.out的内容执行并且覆盖原代码，故line19不会被执行，即”process never go to here!“不会输出在屏幕上 5. wait.c实践 源代码 #include #include #include #include #include int main() { pid_t pid; char *msg; int k; int exit_code; printf("Study how to get exit code\n"); pid = fork(); switch(pid) { case 0: msg = "Child process is running"; k = 5; exit_code = 37; break; case -1: perror("Process creation failed\n"); exit(1); default: exit_code = 0; break; } /* 父子进程都会执行以下这段代码子进程中pid值为0，父进程pid值为子进程的ID */ if(pid != 0){ // 父进程等待子进程结束 int stat_val; pid_t child_pid; child_pid = wait(&stat_val); printf("Child procee has exited, pid = %d\n",child_pid); if(WIFEXITED(stat_val)) printf("Child exited with code %d\n",WEXITSTATUS(stat_val)); else printf("Child exited abnormally\n"); }else{ // 子进程暂停5秒，在这个过程中可以运行命令ps aux查看父进程状态 while(k-->0) { puts(msg); sleep(1); } } exit(exit_code); } 问题描述回答：程序运行的结果是什么？请根据结果结合程序代码分析父进程等待子进程的。 程序运行结果
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