实验三进程的创建和简单控制学生上课讲义.docx
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实验三进程的创建和简单控制学生上课讲义
实验三进程的创建和简单控制（学生
实验三进程的创建和简单控制
实验目的：
1.掌握进程的概念和进程的状态，对进程有感性的认识；
2.掌握进程创建方法；
3.认识进程的并发执行，了解进程族之间各种标识及其存在的关系；
4.熟悉进程的创建、阻塞、唤醒、撤销等控制方法。
实验内容：
1.了解有关Linux进程的属性和进程的层次结构；
2.学习有关Linux的前台和后台进程；
3.学习有关Linux命令的顺序执行和并发执行；
4.学习有关挂起和终止进程；
5.了解并发程序的不可确定性，进行简单并发程序设计。
实验步骤：
（一）Shell下的进程控制
1.进入Linux系统。
2.用ps查看进程。
a）linux的ps命令是用来监视系统进程和资源使用情况的命令，可显示瞬间进程的动态。
b）ps的参数非常多，常用的参数有：
i.-A列出所有的进程；
ii.-w显示加宽可以显示较多的信息；
iii.-au显示较详细的信息；
iv.-aux显示所有包含其他使用者的进程。
3.用kill终止某些进程。
a）kill命令通过向进程发送指定的信号来结束进程。
b）先使用ps查到进程号，再使用kill杀出进程。
4.用pstree命令显示系统中进程层次结构。
a）pstree指令用ASCII字符显示树状结构，清楚地表达进程间的相互关系。
b）语法格式pstree[-acGhlnpuUV][-H<程序识别码>][<程序识别码>/<用户名称>]
（二）Linux简单进程编程
1.理解系统调用fork（）的使用。
a）fork（）会产生一个与父程序相同的子程序，唯一不同之处在于其进程号，如图5所示。
图5系统调用fork（）
b）编辑下面的程序，要求实现父进程产生两个子进程，父进程显示字符“a”、两个子进程，分别显示字符“b”、“c”，如图6所示。
#include
main（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;/*父进程创建第一个进程，直到成功*/
if（p1==0）/*0返回给子进程1*/
{
putchar（'b'）;/*P1的处理过程*/
}
else①
{/*正数返回给父进程（子进程号）*/
while（（p2=fork（））==-1）;/*父进程创建第二个进程，直到成功*/
if（p2==0）/*0返回给子进程2*/
{
putchar（'c'）;/*P2的处理过程*/
}
else
{
putchar（'a'）;/*P2创建完成后，父进程的处理过程*/
}
}
}
图6系统调用fork（）的使用示例一
思考：
i.编译连接通过后，多次运行程序，观察进程并发执行结果，并分析原因。
原因：
当程序并发执行时，系统处于一个复杂的动态组合状态，各程序执行的相对速度不确定，这使得这些程序多次并发执行得到的结果不同，调度、执行的顺序由系统决定。
ii.删除语句①，观察输出的内容，体会fork的使用。
提示：
编译和运行该程序，分析结果出现两种输出的原因。
删除语句①后：
思考的问题：
1.运行命令为什么是“./command”？
将源文件保存为以.c为后缀名的文件，开始进行编译$gcc-oXXXXXX.c
编译成功完成后，在当前路径下，生成一个名为XXX的文件
然后执行$./XXX
程序得以运行
2..和..什么含义？
.表示当前目录，..表示上级目录，即父目录
3.shell提示为什么不换行？
因为在输出语句中没有/n换行符。
4.输出字母为什么和提示交错？
b,a,shell,c四个进程并发执行，执行先后顺序由系统调度决定。
所以当shell调度在c进程前时，会出现输出字母和提示交错的现象。
5.管道什么含义？
管道符，可以认为它是一根水管，连接输入端和输出端。
a|b
其中，|就是管道符，将输入端a命令产生的数据传给输出端的b命令来处理
6../f1|pstree|grepf1什么含义？
将./f1产生的数据传给pstree来处理，经过pstree处理后的数据再传给grepf1来处理
在运行f1文件的进程的树结构中查找f1（?
）
7.6中组合命令为什么没有输出？
（?
）
8.如果想保留6中的./f1的输出内容，该如何操作？
进行重定向操作
9../f1运行结果为什么不一样？
每种结果的产生原因。
有a,b,c三个并发进程，调度顺序由系统决定
①bca
②bac
③abc
10../f1|pstree|grepf1运行结果为什么不一样？
截图中四种结果的产生原因。
由于并发进程的调度顺序是由系统决定的，并且pstree显示的是一刹那的进程，进程调度又是动态的。
四种结果：
①无结果：
可能三个进程调度已经结束或者还未开始调度
②
：
父进程已经结束，两个子进程还在运行
③
：
父进程开始运行，子进程还未开始调度
④
：
两个子进程还在运行（？
）
注意：
./f1|pstree|grepf1
命令之间有空格。
pstree还可以加上参数，-up
如：
./f1|pstree–up|grepf1
提示：
用pstree观察进程的父子关系，其中第二次不是错误，而是捕捉的时机，当时父进程已经结束，两个子进程还在运行。
扩展：
修改代码，产生祖孙三代的进程。
说明：
三个fe和bash都是进程，彼此间也会产生影响。
2.将上述的输出字符改为输出较长的字符串，如图7所示。
#include
intmain（）
{
intp1,p2;
while（（p1=fork（））==-1）;/*父进程创建第一个进程，直到成功*/
if（p1==0）/*0返回给子进程1*/
printf（"boy\n"）;/*P1的处理过程*/
else
{/*正数返回给父进程（子进程号）*/
while（（p2=fork（））==-1）;/*父进程创建第二个进程，直到成功*/
if（p2==0）/*0返回给子进程2*/
printf（"daughter\n"）;/*P2的处理过程*/
else
printf（"parent\n"）;/*P2创建完成后，父进程的处理过程*/
}
}
图7系统调用fork（）的使用示例二
思考：
i.编译连接通过后，多次运行程序，观察进程并发执行结果：
执行结果均为：
ii.如果多次运行输出内容没有变化，请分析原因：
函数fork（）用来创建一个新的进程，该进程几乎是当前进程的一个完全拷贝，所以多次运行输出内容没有变化
iii.并改写原程序，延长每个进程的执行时间，再次观察运行情况。
延长执行时间后：
输出的时间间隔变长
3.（选作）将上述的输出字符改为多条输出语句，如图8所示。
#include
main（）
{
intp1,p2;
inti;
while（（p1=fork（））==-1）;/*父进程创建第一个进程，直到成功*/
if（p1==0）/*0返回给子进程1*/
for（i=0;i<1000;i++）/*P1的处理过程*/
{putchar（'b'）;}
else{/*正数返回给父进程（子进程号）*/
while（（p2=fork（））==-1）;/*父进程创建第二个进程，直到成功*/
if（p2==0）/*0返回给子进程2*/
for（i=0;i<1000;i++）
{putchar（'c'）;}/*P2的处理过程*/
else
for（i=0;i<1000;i++）
{putchar（'a'）;}/*P2创建完成后，父进程的处理过程*/
}
}
图8系统调用fork（）的使用示例三
思考：
i.编译连接通过后，多次运行程序，观察进程并发执行结果：
ii.如果多次运行输出内容没有变化，请分析原因。
并改写原程序，延长每个进程的执行时间，再次观察运行情况。
iii.如果多次运行输出内容发生变化，并分析原因。
iv.将进程放在后台运行，用pstree观察进程的宗族关系。
v.系统创建一个新进程（使用系统调用fork）与让系统执行一个新程序（使用系统调用exec）有什么差异？
4.理解系统调用wait（）、getpid（）和getppid（）的使用。
程序代码如图9所示。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
intmain（）
{
charbuf[100];
pid_tcld_pid;
intfd;
if（（fd=open（"temp",O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR,S_IRWXU））==-1）
{
printf（"openerror%d",errno）;
exit
（1）;
}
strcpy（buf,"Thisisparentprocesswrite\n"）;
if（（cld_pid=fork（））==0）
{/*这里是子进程执行的代码*/
strcpy（buf,"Thisischildprocesswrite\n"）;
printf（"Thisischildprocess\n"）;
sleep
（1）;
printf（"MyPID（child）is%d\n",getpid（））;/*打印出本进程的ID*/
sleep
（1）;
printf（"MyparentPIDis%d\n",getppid（））;/*打印出父进程的ID*/
sleep
（1）;
write（fd,buf,strlen（buf））;
close（fd）;
exit（0）;
}
else
{/*这里是父进程执行的代码*/
wait（0）;/*如果此处没有这一句会如何？
*/
printf（"Thisisparentprocess\n"）;
sleep
（1）;
printf（"MyPID（parent）is%d\n",getpid（））;/*打印出本进程的ID*/
sleep
（1）;
printf（"MychildPIDis%d\n",cld_pid）;/*打印出子进程的ID*/
sleep
（1）;
write（fd,buf,strlen（buf））;
close（fd）;
}
return0;
}
图9系统调用wait（）的使用
思考：
i.编译连接通过后，多次运行程序，观察进程并发执行结果：
多次执行：
ii.语句sleep
（1）;起什么作用？
删除所有sleep
（1）;语句，并观察运行结果；
让函数滞留1秒。
iii.删除wait（0）;语句，并观察运行结果，并请分析两次结果不同的原因，理解wait的作用。
Wait的作用：
wait函数用于使父进程阻塞，直到一个子进程结束
两次结果不同的原因：
wait（0）一般是父进程用来等待子进程用的，用来防止子进程成为僵尸进程，0表示父进程不关心子进程的终止状态。
实现父子进程的同步。
5.（不做）编写程序创建子进程。
父子进程分别打印自己和父进程的进程ID，要求每3秒钟打印系统进程信息，重复5次后退出。
父进程待子进程结束后退出。
提示：
i.用系统调用getpid和getppid获取进程ID；
ii.用系统调用fork进程创建；
iii.用系统调用wait控制父子进程同步；
iv.用库函数system实现在一个进程内部运行另一个进程，即创建一个新进程；
v.Shell命令＂/bin/ps＂作为system的字符串参数，实现打印系统进程信息。
扩充：
关于父子进程各自又再生成子进程的例子。
#include
#include
#include
main（）
{
pid_ta_pid,b_pid;
if（（a_pid=fork（））<0）
printf（"error!
"）;
else
if（a_pid==0）
printf（"b\n"）;
else
printf（"a\n"）;
if（（b_pid=fork（））<0）
printf（"error!
"）;
else
if（b_pid==0）
printf（"c\n"）;
else
printf（"a\n"）;
}
将代码中的输出语句中的\n删除，运行结果会变成如下，输出内容增加，原因和stdout的缓冲有关。
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