16281005操作系统实验二
实验题目
一、实验目的：
- 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
- 掌握Linux系统中的进程创建，管理和删除等操作。
- 熟悉使用Linux下的命令和工具，如man, find, grep, whereis, ps, pgrep, kill, ptree, top, vim, gcc，gdb, 管道|等。
二、基础知识：
- 进程的创建
Linux中，载入内存并执行程序映像的操作与创建一个新进程的操作是分离的。将程序映像载入内存，并开始运行它，这个过程称为运行一个新的程序，相应的系统调用称为exec系统调用。而创建一个新的进程的系统调用是fork系统调用。 - exec系统调用
#include <unistd.h>
int execl (const char *path, const char *arg,...);
execl()将path所指路径的映像载入内存，arg是它的第一个参数。参数可变长。参数列表必须以NULL结尾。
通常execl()不会返回。成功的调用会以跳到新的程序入口点作为结束。发生错误时，execl()返回-1，并设置errno值。
例如，编辑/home/kidd/hooks.txt：
int ret;
ret = execl (”/bin/vi”, ”vi”,”/home/kidd/hooks.txt”, NULL);
if (ret == -1)
perror (”execl”);
- fork系统调用
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork (void);
成功调用fork()会创建一个新的进程，它与调用fork()的进程大致相同。发生错误时，fork()返回-1，并设置errno值。
例如：
pid_t pid;
pid = fork ();
if (pid > 0)
printf (”I am the parent of pid=%d!\n”, pid);
else if (!pid)
printf (”I am the baby!\n”);
else if (pid == -1)
perror (”fork”);
- 终止进程
exit()系统调用：
#include <stdlib.h>
void exit (int status);
- 进程挂起
pause() 系统调用：
int pause( void );
函数pause会把进程挂起，直到接收到信号。在信号接收后，进程会从pause函数中退出，继续运行。
- wait(等待子进程中断或结束)
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait (int * status);
wait()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结束。
如果在调用 wait()时子进程已经结束,则wait()会立即返回子进程结束状态值。
子进程的结束状态值会由参数status返回,而子进程的进程识别码也会一起返回。
如果不在意结束状态值,则参数status可以设成 NULL。
- VIM常用命令速查
三、实验题目：
根据课堂所学内容和基础知识介绍，完成实验题目。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
四、实验解答：
-
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。
在终端输入vi，打开vi进程，效果如下图。
通过查阅资料我们可以得知ps -A命令可以查阅当前所有的进程信息，效果如下。在终端输出信息如下。
所以我们可以选用了ps -A | pgrep vi的方式命令，筛选名字为vi的进程，效果如下图。pgrep vi命令是进行参数匹配查找筛选出名字为vi的进程。而中间的“|”是管道命令，是指pps命令与grep同时执行。
在上述图片中我们可以看出此种搜索方式只能获取进程号，不能获取进程信息。所以为获取更加详尽的进程信息采取了如下方式：使用了# pgrep vi | xargs ps -u --pid命令实现对于名字为vi的进程查找。可以从下图中看出两种查找方式搜索出来的进程号是相同的，只不过第二种搜索方式具有更多的进程详细信息。
我们由上面查找进程可知，vi进程的进程号为1866，为了寻找vi进程的父进程一直寻找到init进程位置，我们使用ps -l [进程号]的方式逐步寻找当前进程号的父进程，执行过程如下图。
接下来使用pstree -p命令获取当前的进程树，如图所示
通过进程树和上述的单步查找父进程，我们可以得知，当前vi进程的进程序列为
Systemd（1）->lightdm（864）->lightdm（1133）->upstart（1143）->gan（1848）->bash（1853）->vi（1866） -
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。
程序执行效果如下：（程序见githup源代码2.cpp）
- 打开另一中断测试命令ps -Al，得出如下结果
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| F | 标志 |
| S | 程序状态 |
| UID | 执行者身份 |
| PID | 进程号 |
| PPID | 父进程号 |
| C | CPU使用百分比 |
| PRI | 进程执行优先权 |
| NI | 进程的nice值(负值表示高优先级) |
| ADDR | 内核函数 |
| SZ | 占用内存大小 |
| WCHAN | 进程正在睡眠的内核函数 |
| TTY | 终端机位置 |
| TIME | 使用掉的CPU时间 |
| CMD | 下达的指令名称 |
- 执行ps aux命令效果如下：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| USER | 用户 |
| PID | 进程号 |
| %CPU | 占用CPU百分比 |
| %MEM | 记忆体使用率 |
| VSZ | 占用虚拟记忆体大小 |
| RSS | 占用记忆体大小 |
| TTY | 中断的次要装置号 |
| STAT | 进程的状态 |
| START | 进程开始时间 |
| TIME | 进程执行时间 |
| COMMAND | 所执行的命令 |
- top命令
部分参数含义如下
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| PR | 优先级 |
| VIRT | 进程使用的虚拟内存总量 |
| RES | 进程使用的、未被换出的物理内存 |
| S | 进程状态 |
| TIME+ | 进程使用的CPU时间总计 |
-
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。
执行程序结果如下图：（程序见githup源代码3.cpp）
系统函数fork实现的功能为启动一个新的与原有进程相同的新进程，称为子进程。子进程复制父进程的堆栈段和数据段。在fork函数使用后含有两个返回值，我们根据返回值的不同，可以区分子进程和父进程，其中子进程=0，父进程>0。 -
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。
程序执行效果如下：（程序见githup源代码4-1.cpp）
- Kill -9 [进程号]，结束相关进程号的对应进程。在之后的循环过程中该进程被终止，效果如图。
- 设置exit（）函数，自动停止,。（程序见githup源代码4-2.cpp）
- 设置段错误：所谓段错误，一般是访问了未申请的内存或非法的内存时产生的，概括点说在代码中一般是由指针的不当使用引起的。（程序见githup源代码4-3.cpp）
githup源码链接.