2009操作系统实验指导书Vmware版 - 图文

实验3 进程并发与同步

一、实验目的

1、加深对进程概念的理解，区分进程并发执行与串行执行； 2、掌握进程并发执行的原理，理解进程并发执行的特点；

3、了解fork( )系统调用的返回值，掌握用fork()创建进程的方法；熟悉wait、exit等系统调用；

4、能利用相应的系统调用实现进程树与进程间的同步。

二、实验内容

1、编写一C语言程序，实现在程序运行时通过系统调用fork( )创建两个子进程，使父、子三进程并发执行，父亲进程执行时屏幕显示“I am father”，儿子进程执行时屏幕显示“I am son”，女儿进程执行时屏幕显示“I am daughter”。

要求多次连续反复运行这个程序，观察屏幕显示结果的顺序，直至出现不一样的情况为止。要求有运行结果截图与结果分析

2、连续4个fork()的进程家族树，family1-1.c程序清单如下： #include main() {

fork(); fork(); fork(); fork();

printf(“A\\n”); }

请根据程序运行结果，画出进程家族树，并分析原因。

3、修改程序1，在父、子进程中分别使用wait、exit等系统调用“实现”其同步推进，父进程必须等待儿子进程与女儿进程结束，才可以输出消息。写出相应的同步控制，并分析运行结果。

4、创建一个子进程，并给它加载程序，其功能是调用键盘命令“ls -l”，已知该键盘命令的路径与文件名为：/bin/ls。父进程创建子进程，并加载./child2程序。写出相应的程序代码并分析程序运行结果。

三、系统调用

创建子进程系统调用：fork() 格式 int fork( ); =0 返回值 >0 =-1 创建成功，从子进程返回 创建成功，从父进程返回，其值为子进程的PID号 创建失败 子进程创建时操作系统的工作： ? 检查同时运行的进程数目，若超过系统设定值，则创建失败，返回-1； ? 为子进程分配进程控制块task_struct结构，并赋予唯一进程标识符pid； ? 子进程继承父进程打开的所有文件及资源，对父进程的当前目录和所有已打开系统文件表项中的引用记数加1； 4

? 为子进程创建进程映像： ? 创建子进程映像静态部分：复制父进程映像静态部分 ? 创建子进程映像动态部分：初始化task_struct结构 ? 结束创建，置子进程为内存就绪状态，插入就绪队列，作为一个独立的进程被系统调度。 ? 若调用进程（父进程）返回，则返回创建的子进程标识符pid值（此时返回值>0）； ? 若子进程被调度执行，则将其U区计时字段初始化然后返回（此时返回值=0）。

进程睡眠系统调用：sleep() 格式 参数 功能 进程终止系统调用：exit(status) 格式 参数 void exit(int status); status是子进程向父进程发送的终止信息，父进程使用wait( )系统调用来接收这个信息 将进程置僵死状态 功能 释放其所占有的资源 向父进程发本进程死信号，并发送信息status给父进程，将自己及自己的子进程运行CPU的时间总和留待父进程使用wait( )收集 sleep(n); n表示延时的秒数 进程睡眠n秒 头文件 #include 子进程终止时操作系统做以下工作： ? 关闭软中断:因为进程即将终止而不再处理任何软中断信号； ? 回收资源：关闭所有已打开文件，释放进程所有的区及相应内存，释放当前目录及修改根目录的索引节点； ? 写记帐信息：将进程在运行过程中所产生的记帐数据（其中包括进程运行时的各种统计信息）记录到一个全局记帐文件中； ? 置该进程为僵死状态:向父进程发送子进程死的软中断信号，将终止信息status送到指定的存储单元中； ? 转进程调度:因为此时CPU已经被释放，需要由进程调度进行CPU再分配。

父进程等待子进程终止系统调用：wait()与waitpid() 格式1 参数 返回值 pid_t wait([int *stat_addr,] 0); *stat_addr中存放exit()所发来终止信号stat的值。 >=0 =-1 表示有子进程终止，其值为终止子进程的pid号 表示无子进程终止 头文件 #include < sys/wait.h > #include < sys/types.h > 5

功能 父进程使用它等待任意一个子进程终止，如果在执行wait()之前已经有一个子进程结束了，则对其做善后处理，并返回子进程的pid号，如果没有则返回－1，该进程阻塞，插入等待子进程终止的队列，当有子进程终止时被唤醒。在&stat_addr中保留了子进程僵死时的终止信息（不是返回值）。 注意：一个wait()只能用来等待一个子进程终止，如果等待多个子进程终止则需要使用多个wait()。 pid_t waitpid (pid_t pid, int * stat_addr, int options ); pid=0 等待与父进程同组的子进程 等待给定pid号的子进程 pid=-1，options=0 等同于wait()，等待任意子进程 pid>0 等待指定pid的子进程终止 格式2 参数 功能 说明：1）若父进程仅仅只是等待任意一个子进程结束，而不需要取子进程发来的信号，则可以简单地使用wait(0)。 2）如果该进程没有创建自己的子进程就不能使用wait()或waitpid()，否则系统会返回一个出错信息。 3）如果要取子进程执行exit()后所发来的终止信号stat，可以使用*stat来取该变量中的值，而不能使用wait()的返回值，因为wait()的返回值是该终止子进程的pid号。 将指定的可执行文件加载到指定进程映像中，覆盖该进程中原有的程序 系统调用：execl()、execle()、execlp()、execv()、execve()与execvp() 功能 将一个指定的程序装入调用它的进程的映像中，用这个可执行文件的副本去覆盖该进程的程序空间，从而改变调用进程的执行代码，使调用进程执行新引入的可执行程序（二进制代码文件） 内核在响应这组系统调用后做以下工作： 1）根据给出的路径名找到指定的可执行文件，检查该文件是否可执行，用户是否具有执行权限（该文件必须是编译连接后的二进制代码）。 2）将该文件载入到调用它的进程映像中覆盖其原来的程序。 3）为该程序的执行设置参数数组和环境变量。 4）启动该进程进入新的程序入口点去执行。 此组函数执行时，如果加载成功则直接执行，没有返回；若加载不成功则返回-1。 格式1 参数 功能 execv(file, argv) char *file 指向文件全名（路径名/文件名）的指针 char *argv[n] 指向命令及参数的指针 1）执行参数指定的命令或文件。 2）用该命令或可执行文件的副本覆盖调用它的子进程的映像 表示错误返回 返回值 =-1 头文件 #include 格式2 说明 execl(“路径名/文件名”, 0) 功能、返回值、头文件均同格式1 使用方法： 1）事先准备好子进程要执行的程序，并将它编译连接成可执行文件，记下该文件的路径名和文件名。如果不带参数则可以直接使用execl()，带参数则使用execv()。 2）在父进程创建子进程之前，在程序中事先定义子进程要执行的程序文件的文件标识符path6

和参数数组argv[]，其中的环境值可以用NULL取代。如果不带参数使用execl()，则这一步可以不做。 3）创建子进程后，在子进程的分支中，如果不带参数使用execl(filepath,0)，如果带参数则使用execv(filepath,argv)来实现用指定的程序filepath覆盖子进程映像中原有的程序。 7