OS之实验二 进程管理

OS之实验二 进程管理

一、fork入门知识

一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资源。fork（）函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。

一个进程调用fork（）函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。

看一个例子：

1 #include 2 #include 3 int main () 4 { 5 pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值 6 int count=0; 7 fpid=fork(); 8 if (fpid < 0) 9 printf("error in fork!"); 10 else if (fpid == 0) { 11 printf("i am the child process, my process id is %d\n",getp id()); 12 printf("我是爹的儿子\n");//对某些人来说中文看着更直白。 13 count++; 14 } 15 else { 16 printf("i am the parent process, my process id is %d\n",get pid()); 17 printf("我是孩子他爹\n"); 18 count++; 19 } 20 printf("统计结果是: %d\n",count); 21 return 0; 22 }

编译运行：

[root@linuxprobe os]# gcc fork_test.c -o fork_test[root@linuxprobe os]# ./fork_test i am the parent process, my process id is 8370我是孩子他爹统计结果是: 1i am the child process, my process id is 8371我是爹的儿子统计结果是: 1

在语句fpid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的几乎完全相同，将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……

为什么两个进程的fpid不同呢，这与fork函数的特性有关。f**ork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次**，它可能有三种不同的返回值：

1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；

2）在子进程中，fork返回0；

3）如果出现错误，fork返回一个负值；

在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

引用一位网友的话来解释fpid的值为什么在父子进程中不同。“其实就相当于链表，进程形成了链表，父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id, 因为子进程没有子进程，所以其fpid为0.

fork出错可能有两种原因：

1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN。

2）系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。

创建新进程成功后，系统中出现两个基本完全相同的进程，这两个进程执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。

每个进程都有一个独特（互不相同）的进程标识符（process ID），可以通过getpid（）函数获得，还有一个记录父进程pid的变量，可以通过getppid（）函数获得变量的值。

fork执行完毕后，出现两个进程，

有人说两个进程的内容完全一样啊，怎么打印的结果不一样啊，那是因为判断条件的原因，上面列举的只是进程的代码和指令，还有变量啊。

执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid！=0（父进程）。进程2的变量为count=0，fpid=0（子进程），这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，这点要注意。可以说，我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。

还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的，这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份，执行fork时，进程已经执行完了int count=0;fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。

参考：

实验内容：

1.进程的创建

编写一段程序，使用系统调用fork（）创建二个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和二个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符；父进程显示字符‘a’，子进程分别显示字符‘b’和‘c’。

1）编辑程序

[root@linuxprobe os]# vim exp2进程管理一.c #include main(){ int p1,p2; while ((p1=fork())==-1); /*创建子进程*/ if(p1==0) /*子进程创建成功*/ putchar('b'); else { while ((p2=fork())==-1); /*创建另一子进程*/ if(p2==0) putchar('c'); else putchar('a'); } }

2）编译

[root@linuxprobe os]# gcc exp2进程管理一.c -o exp2进程管理一

3）运行

[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一 ac[root@linuxprobe os]# b./exp2进程管理一 ab[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 ba[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 ab[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 bac[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一 ab[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 ba[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 ba[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 ab[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 abc[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一 abc[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一 ac[root@linuxprobe os]# b./exp2进程管理一 ab[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 a[root@linuxprobe os]# bc./exp2进程管理一 ba[root@linuxprobe os]# c./exp2进程管理一 abc[root@linuxprobe os]#

分析：

可以看出多次执行的结果可能不同，这是因为fork()函数一次调用，两次返回。

fork()函数调用前两个进程的代码完全相同，而在调用后的分为两支。父进程和子进程哪个先执行，这和操作系统和调度算法有关

参考：

2.进程的控制

修改已编写的程序，将每个进程的输出由单个字符改成一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。

[root@linuxprobe os]# vim exp2进程管理一2.c

#include main(){ int p1,p2,i; while ((p1=fork())==-1); /*创建子进程*/ if(p1==0) for(i=0;i<10;i++) /*子进程创建成功*/ printf("daughter %d\n",i); else { while ((p2=fork())==-1); /*建另一子进程*/ if(p2==0) for(i=0;i<10;i++) printf("son %d\n",i); else for(i=0;i<10;i++) printf("parent %d\n",i); } }

[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一2daughter 0parent 0daughter 1parent 1daughter 2parent 2daughter 3parent 3daughter 4parent 4daughter 5parent 5daughter 6parent 6daughter 7parent 7daughter 8parent 8daughter 9parent 9son 0son 1son 2son 3son 4son 5son 6son 7son 8son 9[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一2daughter 0daughter 1daughter 2daughter 3daughter 4daughter 5daughter 6daughter 7daughter 8daughter 9parent 0parent 1parent 2parent 3parent 4parent 5parent 6parent 7parent 8parent 9son 0son 1son 2son 3son 4son 5son 6son 7son 8son 9[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一2parent 0parent 1parent 2parent 3parent 4parent 5parent 6parent 7parent 8parent 9son 0son 1son 2son 3son 4son 5son 6son 7son 8son 9daughter 0daughter 1daughter 2daughter 3daughter 4daughter 5daughter 6daughter 7daughter 8daughter 9

分析：

如第一个例子，父进程与子进程的执行结果与操作系统的调度算法有关。

如果在程序中使用系统调用lockf()来给每个进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象.

#include main(){ int p1,p2,i; while ((p1=fork())==-1); /*创建子进程*/ if(p1==0) { lockf(1,1,0); for (i=0;i<10;i++) /*子进程创建成功*/ printf("daughter %d\n",i); lockf(1,0,0); } else { while ((p2=fork())==-1); /*建另一子进程*/ if(p2==0) { lockf(1,1,0); for(i=0;i<10;i++) printf("son %d\n",i); lockf(1,0,0); } else { lockf(1,1,0); for(i=0;i<10;i++) printf("parent %d\n",i); lockf(1,0,0); } } }

[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一3parent 0parent 1parent 2parent 3parent 4parent 5parent 6parent 7parent 8parent 9daughter 0daughter 1daughter 2daughter 3daughter 4daughter 5daughter 6daughter 7daughter 8daughter 9son 0son 1son 2son 3son 4son 5son 6son 7son 8son 9[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一3daughter 0daughter 1daughter 2daughter 3daughter 4daughter 5daughter 6daughter 7daughter 8daughter 9son 0son 1son 2son 3son 4son 5son 6son 7son 8son 9parent 0parent 1parent 2parent 3parent 4parent 5parent 6parent 7parent 8parent 9[root@linuxprobe os]# ./exp2进程管理一3parent 0parent 1parent 2parent 3parent 4parent 5parent 6parent 7parent 8parent 9daughter 0daughter 1daughter 2daughter 3daughter 4daughter 5daughter 6daughter 7daughter 8daughter 9[root@linuxprobe os]# son 0son 1son 2son 3son 4son 5son 6son 7son 8son 9./exp2进程管理一3parent 0parent 1parent 2parent 3parent 4parent 5parent 6parent 7parent 8parent 9daughter 0daughter 1daughter 2daughter 3daughter 4daughter 5daughter 6daughter 7daughter 8daughter 9son 0son 1son 2son 3son 4son 5son 6son 7son 8son 9

分析：

多次执行结果都是一个进程执行完毕后，才能执行下一个进程，lockf()函数实现了进程间的互斥。

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