# 一、实验目的 **（1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。** **（2）进一步认识并发执行的实质。** **（3）分析进程竞争资源现象，学习解决进程互斥的方法。** **（4）了解Linux系统中进程通信的基本原理。** ## 1. 问题描述 ### （1）进程的创建 **编写一段源程序，使系统调用fork()创建两个子进程，当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。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”和字符“c”。试观察纪录屏幕上的显示结果，并分析原因。** ### （2）进程的控制 **修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，在观察程序执行时屏幕出现的现象，并分析原因。如果在程序中使用调用lockf()来给每一个子进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。** ### （3）编写一段程序，使其现实进程的软中断通信。 **①使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按DEL键）；当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用Kill()向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后分别输出下列信息后终止： Child Processll is Killed by Parent! Child Processl2 is Killed by Parent! 父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止 Parent Process is Killed!** **②在上面的程序中增加语句signal (SIGNAL, SIG-IGN) 和signal (SIGQUIT, SIG-IGN), 观察执行结果，并分析原因。** ## 2. 数据结构及算法设计 ### 1．进程的创建 ``` #include #include main() { int p1,p2; if(p1=fork()) /*子进程创建成功*/ putchar('b'); else { if(p2=fork()) /*子进程创建成功*/ putchar('c'); else putchar('a'); /*父进程执行*/ } } ``` ### 2．进程的控制 **(1)** ``` #include #include main() { int p1,p2,i; if(p1=fork()) for(i=0;i<500;i++) printf("child %d\n",i); else { if(p2=fork()) for(i=0;i<500;i++) printf("son %d\n",i); else for(i=0;i<500;i++) printf("daughter %d\n",i); } } ``` **(2)** ``` #include #include main() { int p1,p2,i; if(p1=fork()) { lockf(1,1,0); for(i=0;i<500;i++) printf("child %d\n",i); lockf(1,0,0); } else { if(p2=fork()) { lockf(1,1,0); for(i=0;i<500;i++) printf("son %d\n",i); lockf(1,0,0); } else { lockf(1,1,0); for(i=0;i<500;i++) printf("daughter %d\n",i); lockf(1,0,0); } } } ``` ### 3．软中断通信 **(1)** ``` #include #include #include #include #include void waiting(), stop(),alarming(); int wait_mark; int main() { int p1, p2; if (p1 = fork()) /*创建子进程p1*/ {//子进程1创建成功，当前运行的是子进程1的父进程 if (p2 = fork()) /*创建子进程p2*/ {//子进程2创建成功，当前运行的是子进程2的父进程 wait_mark = 1; signal(SIGINT, stop); //不到5s就捕获CTRL+C信号，执行stop操作 signal(SIGALRM,alarming); //接收到SIGALRM信号，执行alarming操作 waiting(); //如果捕捉到此时wait_mark=0不等待 kill(p1, 16); //向p1进程发16中断发生的信号 wait(0); //阻塞父进程等待中断16发生后终止子进程1 kill(p2, 17); //向p1进程发17中断发生的信号 wait(0); //阻塞父进程等待中断17发生后终止子进程2 printf("parent process is killed!\n"); exit(0); //终止父进程 } else {//当前是在子进程2创建成功的条件下运行的是子进程的2的子进程 wait_mark = 1; signal(17,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); while(wait_mark!=0); lockf(1, 1, 0); printf("child process2 is killed by parent!\n"); lockf(1, 0, 0); exit(0); } } else {//当前是在子进程1创建成功的条件下运行的是子进程1的子进程 wait_mark = 1; signal(16,stop); //接收到中断16发生的信号，置wait_mark为0 signal(SIGINT,SIG_IGN); //CTRL+C信号发生时，都会接收到信号，会把子进程给结束，所以要屏蔽掉。 while(wait_mark!=0); //wait_mark不为0会锁死在这，这就是5s内都不干程序也什么都不干的原因 lockf(1, 1, 0); printf("child process1 is killed by parent!\n"); lockf(1, 0, 0); exit(0); } } void waiting() { sleep(5); //5s后唤醒 if(wait_mark!=0) kill(getpid(),SIGALRM); //如果5s之后检测wait_mark不是0，发出SIGALRM信号 } void alarming() { wait_mark=0; } void stop() { wait_mark = 0; } ``` **(2)** ``` #include #include #include int pid1,pid2; int EndFlag=0; int pf1=0; int pf2=0; void IntDelete() { kill(pid1,16); kill(pid2,17); EndFlag=1; } void Int1() { printf("child process 1 is killed !by parent\n"); exit(0); } void Int2() { printf("child process 2 is killed !by parent\n"); exit(0); } main() { int exitpid; signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(SIGQUIT,SIG_IGN); if(pid1=fork()) { signal(SIGUSR1,Int1); signal(SIGINT,SIG_IGN); pause(); exit(0); } else { if(pid2=fork()) { signal(SIGUSR1,Int1); signal(SIGINT,SIG_IGN); pause(); exit(0); } else { signal(SIGINT,IntDelete); waitpid(-1,&exitpid,0); printf("parent process is killed\n"); exit(0); } } } ``` ## 3. 程序实现 ### (1) **bca(有时会出现bac) 分析：从进程执行并发来看，输出bac,acb等情况都有可能。原因：fork()创建进程所需的时间多于输出一个字符的时间，因此在主进程创建进程2的同时，进程1就输出了“b”，而进程2和主程序的输出次序是有随机性的，所以会出现上述结果。** ### (2) **①由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断，因此，字符串内部的字符顺序输出时不变。但是 , 由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。这与打印单字符的结果相同。** **②大致与未上锁的输出结果相同，也是随着执行时间不同，输出结果的顺序有所不同。分析：因为上述程序执行时，不同进程之间不存在共享临界资源（其中打印机的互斥性已有由操作系统保证）问题，所以，加锁与不加锁效果相同。** ### (3) **①不做任何操作等待五秒钟父进程会在子进程先退出后退出，并打印退出的顺序；或者点击ctrl+C后程序退出并打印退出的顺序。** **② 由于忽略了中断与退出信号，程序会一直保持阻塞状态而无法退出。当我手动按下ctrl+c才退出。** ## 4. 测试 ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793010529) ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793018061) ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793024523) ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793031347) ![image.png](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1335688-20200610-1591793036668)

“操作系统实验”实验报告