Linux进程的创建和控制（操作系统实验五）

最新推荐文章于 2025-04-29 14:36:02 发布

不爱编程的程序媛

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文章标签： linux 运维服务器

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1.准备工作

安装GCC，已安装的请跳过该步骤；未安装的，请参考下面步骤安装：

1.确保网络通畅，然后以root用户执行命令：yum -y install gcc

2.安装成功，通过gcc -v命令查看GCC版本，如下图

2.进程的家庭关系

编写一个c程序，在主程序中执行3个fork()调用，最后输出一个字符串“my_fork”(即：printf("my_fork \n");)。运行该程序，并分析其运行结果。

程序如下：

执行结果如下：

如图所示，

gedit my_fork1.c : gedit 是Linux系统中的一个文本编辑器，它提供了一个图形用户界面(GUI)来编辑文本文件。这条命令的作用是使用gedit编辑器打开名为my_fork1.c的文件，以便用户可以查看或修改文件内容。

gcc my_fork1.c: gcc 是GNU编译器集合（GNU Compiler Collection）的一部分，它是一个用于编译C语言程序的编译器。这条命令的作用是将my_fork1.c文件（C语言源代码文件）编译成可执行文件。默认情况下，gcc编译器生成的可执行文件名为a.out。

./a.out: 这条命令用于执行上一步编译生成的可执行文件。./ 表示执行当前目录下的文件。a.out 是gcc编译器默认生成的可执行文件名。这条命令的作用是运行编译后的程序，即执行my_fork1.c源代码编译得到的程序。

关于fork函数：fork()函数执行时会复制调用它的进程，创建一个新的进程，新进程的PID（进程ID）会作为fork()函数的返回值。在父进程中，fork()返回新创建的子进程的PID。如果fork()调用成功，返回的PID是一个正整数。在子进程中，fork()返回0。这是区分父进程和子进程的关键：任何时候调用fork()，如果返回值为0，那么当前执行代码的就是子进程。如果fork()调用失败，它会返回一个负值，表示创建子进程时出现了错误，如内存不足等。

如图所示，结果输出8个my_fork,。int f1=fork()，这是第一次调用fork()，它将创建一个新的子进程，子进程的PID将赋值给f1（在父进程中）；子进程中的f1将为0。执行int f2=fork();在父进程中，f2将获得新创建的子进程的PID。在之前创建的子进程中，f2也将获得新创建的子进程的PID。执行int f3=fork();：

类似地，f3将在父进程和之前的子进程中获得新创建的子进程的PID。printf("my_fork\n");这行代码将在所有通过fork()创建的进程中执行，包括父进程和所有子进程。

由于fork()可以递归地调用，所以最终的进程数取决于fork()调用的次数。在这个程序中，fork()被调用了3次，所以最多可以创建 23=8个进程（包括初始的父进程）。每个进程都将执行printf，所以在在控制台上看到“my_fork”被打印8次。

修改程序，在主程序中多增加1个fork()调用，即在主程序中执行4个fork()调用，最后的输出结果有何变化？试分析原因。

修改后的程序如下：

执行结果如下：

如图所示，输出了16个my_fork，int f4=fork();：它将再次创建一个新的子进程，并且f4将在父进程和之前的子进程中获得新创建的子进程的PID。fork()被调用了3次，所以最多可以创建 24=16个进程，每个进程都将执行printf，所以在控制台上看到“my_fork”被打印16次。

3.进程的创建

编写一个c程序，在主程序中使用系统调用fork()创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有1个父进程和2个子进程并发执行。让每个进程在屏幕上显示一串字符：父进程显示字符“a”，即putchar(‘a’)，子进程分别显示字符“b”和“c”。请运行若干次（如10-20次），请观察记录每次屏幕上的显示结果，并分析原因。

该程序的逻辑是：

父进程尝试执行 fork() 来创建第一个子进程。
如果 fork() 成功，父进程得到子进程的 PID，而子进程得到 0。
第一个 if(p1==0) 判断是子进程1，打印 'b'。
父进程接着尝试执行 fork() 来创建第二个子进程。
如果 fork() 成功，父进程和第一个子进程都得到第二个子进程的 PID，而第二个子进程得到 0。
第二个 if(p2==0) 判断是子进程2，打印 'c'。
else 判断是父进程，打印 'a'。

如图所示，程序执行多次，结果有abc、acb，这两种结果都符合程序逻辑，尽管子进程是按照创建顺序启动的，但它们的执行顺序是由操作系统的调度器决定的，可能是并发的。第一个子进程p1和第二个子进程p2的执行顺序是不确定的，所以这两种执行结果都是父进程和子进程执行putchar的可能顺序。

4.进程的控制

修改实验内容“5.5.3进程的创建”中的程序，将每个进程的输出由单个字符改为连续打印10次字符串并换行，每次打印完休眠1s或1ms。如：子进程1连续printf(“child-p1\n”)，每次打印完休眠1s或1ms；子进程2连续printf(“child-p2\n”)，每次打印完休眠1s或1ms；父进程连续printf(“father\n”)，每次打印完休眠1s或1ms；观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。

如图所示，上面是代码的部分运行结果，在5.5.3的基础上加了for循环，连续打印10次字符换行并休眠1s，输出具有顺序性，每个进程都打印了11次，每次的结果都是先输出父进程，再输出子进程p1,子进程p2，其PID顺序也是连续的。虽然进程的调度具有不确定性，但通过休眠1s，使该程序的进程的减少了输出竞争，减少了交错输出的可能性，故与没有休眠之前的程序相比，该程序的进程输出顺序一致的可能性加大。

继续修改程序，在程序中使用系统调用lockf()给每个进程加锁，以实现进程之间的互斥。执行程序，观察并分析出现的现象。

【注：lockf()调用方法】

#include <unistd.h> //头文件

int lockf(int fd, int cmd, int len) //函数原型

lockf函数对指定区域的资源进行加锁或解锁，以实现进程的同步或互斥。

① fd 是打开文件的文件描述符。

② cmd 是指定要采取的操作的控制值。1是进行锁定，0是解锁。

③ len是要锁定或解锁的连续字节数。

对于这个函数我们主要掌握两个常用命令

1）当len = 0时是个特殊情况，它代表锁定区域从该函数到程序结尾。lockf(1,1,0)意思是该进程的编号为1，并对进程的资源进行锁定，锁定区域从该函数到程序结尾。

2)lockf(1,0,0)意思是对编号为1的进程进行解锁，释放资源。

示例程序如下：

如图所示，在上一个程序的基础上，给每个进程都进行上锁与解锁

结果如图所示，先是父进程连续打印11次，接着是子进程p2,p1。表明每个进程都成功获得了锁，在没有其他进程的干扰下，实现连续消息的连续打印，表明各个进程之间互斥成功。

5.实验总结

通过本次实验，我学到了如何在Linux操作系统中实际的利用fork()创建子进程，以及进程不同返回值的含义。还有进程的同步，利用sleep()函数使得进程的执行顺序更加明显，wait()系统调用确保了父进程能够等待子进程结束，实现进程的互斥则是使用lockf()函数给进程上锁，控制对共享资源的访问，可以确保每个进程在执行结束之前，不会被其他进程干扰。