一、题目一
实验一 Windows 进程管理
二、实验目的
（1）学会使用 VC 编写基本的 Win32 Consol Application（控制台应用程序)。
（2）通过创建进程、观察正在运行的进程和终止进程的程序设计和调试操作，进一步熟悉操作系统的进程概念，理解 Windows 进程的“一生”。
（3）通过阅读和分析实验程序，学习创建进程、观察进程、终止进程以及父子进程同步的基本程序设计方法。
三、总体设计
1.背景知识
Windows 所创建的每个进程都从调用 CreateProcess() API 函数开始，该函数的任务是在对象管理器子系统内初始化进程对象。每一进程都以调用 ExitProcess() 或 TerminateProcess() API 函数终止。通常应用程序的框架负责调用 ExitProcess() 函数。对于 C++ 运行库来说，这一调用发生在应用程序的 main() 函数返回之后。
2.模块介绍
创建进程子进程startClone( )模块，主函数模块，互斥信号量的创建与释放。
3.设计步骤
（1）编写基本的 Win32 Consol Application
步骤 1：登录进入 Windows 系统，启动 VC++ 6.0。
步骤 2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 ConsolApplication”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location” 处输入工程目录。创建一个新的控制台应用程序工程。
步骤 3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”,然后在“File” 处输入 C/C++源程序的文件名。
步骤 4：将清单 1-1 所示的程序清单复制到新创建的 C/C++源程序中。编译成可执行文件。
步骤 5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入 Windows“命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的 debug 子目录，执行编译好的可执行程序，列出运行结果(如果运行不成功，则可能的原因是什么？
答：路径不对或者没有编译文件等。
图1-1 一个简单的 Windows 控制台应用程序输出结果
（2）创建进程
本实验显示了创建子进程的基本框架。该程序只是再一次地启动自身，显示它的系统进程 ID和它在进程列表中的位置。
步骤 1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单 1-2 中的程序，编译成可执行文件。
步骤 2：在“命令提示符”窗口运行步骤 1 中生成的可执行文件，列出运行结果。按下ctrl+alt+del，调用 windows 的任务管理器，记录进程相关的行为属性。
步骤 3：在“命令提示符”窗口加入参数重新运行生成的可执行文件，列出运行结果。按下ctrl+alt+del，调用 windows 的任务管理器，记录进程相关的行为属性。
步骤 4：修改清单 1-2 中的程序，将 nClone 的定义和初始化方法按程序注释中的修改方法进行
修改，编译成可执行文件（执行前请先保存已经完成的工作）。再按步骤 2 中的方式运行，看看结果会有什么不一样。列出行结果。从中你可以得出什么结论？说明 nClone 的作用。 变量的定义和初始化方法（位置）对程序的执行结果有影响吗？为什么？
答：控制程序执行过程，当nClone>5时跳出循环，创建子进程结束；有，在第二次更改中，由于nClone每次都初始化为0，会陷入死循环，不断创建子进程。
图1-2 创建子进程(1)
图1-3 创建子进程(2)
（3）父子进程的简单通信及终止进程
步骤 1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单 1-3 中的程序，编译成
可执行文件。
步骤 2：在 VC 的工具栏单击“Execute Program”(执行程序) 按钮，或者按 Ctrl + F5 键，或者
在“命令提示符”窗口运行步骤 1 中生成的可执行文件，列出运行结果。
步骤 3：按源程序中注释中的提示，修改源程序 1-3，编译执行（执行前请先保存已经完成的
工作），列出运行结果。在程序中加入跟踪语句，或调试运行程序，同时参考 MSDN 中的帮助文件
CreateProcess()的使用方法，理解父子进程如何传递参数。给出程序执行过程的大概描述。
步骤 4：按源程序中注释中的提示，修改源程序 1-3，编译执行，列出运行结果。
步骤 5：参考 MSDN 中的帮助文件 CreateMutex() 、 OpenMutex() 、 ReleaseMutex() 和WaitForSingleObject()的使用方法，理解父子进程如何利用互斥体进行同步的。给出父子进程同步过程的一个大概描述。
答：CreateMutex() 创建互斥体hMutexSuicide信号、 OpenMutex()打开互斥体、 ReleaseMutex()释放互斥体、WaitForSingleObject()检测Hhandle信号状态，通过这些只允许有一个状态被创建或者使用也就是信号量唯一，实现进程同步。
图1-4父子进程的简单通信及终止进程的示例程序
四、详细设计
- 数据结构
数组、函数调用，父子进程参数的传递、父子进程利用互斥信号进行同步、互斥体的创建、获得、检测与释放、API接口等。 - 程序流程图
图1-5 一个简单的 Windows 控制台应用程序流程图
图1-6 创建子进程流程图
图1-7父子进程的简单通信及终止进程的示例程序流程图
3. 关键代码
1-1 一个简单的 Windows 控制台应用程序
#include <windows.h> #include <iostream> #include <stdio.h> // hello 项目 # include <iostream> void main() { std::cout << “Hello, Win32 Consol Application” << std :: endl ; }
1-2 创建子进程
// 创建传递过来的进程的克隆过程并赋于其 ID 值 void StartClone(int nCloneID) { // 提取用于当前可执行文件的文件名 TCHAR szFilename[MAX_PATH] ; GetModuleFileName(NULL, szFilename, MAX_PATH) ; // 格式化用于子进程的命令行并通知其 EXE 文件名和克隆 ID TCHAR szCmdLine[MAX_PATH]; sprintf(szCmdLine,"\"%s\" %d",szFilename,nCloneID); // 用于子进程的 STARTUPINFO 结构 STARTUPINFO si; ZeroMemory(&si , sizeof(si) ) ; si.cb = sizeof(si) ; // 必须是本结构的大小 // 返回的用于子进程的进程信息 PROCESS_INFORMATION pi; // 利用同样的可执行文件和命令行创建进程，并赋于其子进程的性质 BOOL bCreateOK=::CreateProcess( szFilename, // 产生这个 EXE 的应用程序的名称 szCmdLine, // 告诉其行为像一个子进程的标志 NULL, // 缺省的进程安全性 NULL, // 缺省的线程安全性 FALSE, // 不继承句柄 CREATE_NEW_CONSOLE, // 使用新的控制台 NULL, // 新的环境 NULL, // 当前目录 &si, // 启动信息 &pi) ; // 返回的进程信息 // 对子进程释放引用 if (bCreateOK) { CloseHandle(pi.hProcess) ; CloseHandle(pi.hThread) ; } }
1-3 父子进程的简单通信及终止进程的示例程序
// procterm 项目 static LPCTSTR g_szMutexName = "w2kdg.ProcTerm.mutex.Suicide" ; // 创建当前进程的克隆进程的简单方法 void StartClone() { // 提取当前可执行文件的文件名 TCHAR szFilename[MAX_PATH] ; GetModuleFileName(NULL, szFilename, MAX_PATH) ; // 格式化用于子进程的命令行，字符串“child”将作为形参传递给子进程的 main 函数 TCHAR szCmdLine[MAX_PATH] ; //实验 1-3 步骤 3：将下句中的字符串 child 改为别的字符串，重新编译执行，执行前请先保存已经 完成的工作 sprintf(szCmdLine, "\"%s\"child" , szFilename) ; // 子进程的启动信息结构 STARTUPINFO si; ZeroMemory(&si,sizeof(si)) ; si.cb = sizeof(si) ; // 应当是此结构的大小 // 返回的用于子进程的进程信息 PROCESS_INFORMATION pi; // 用同样的可执行文件名和命令行创建进程，并指明它是一个子进程 BOOL bCreateOK=CreateProcess( szFilename, // 产生的应用程序的名称 (本 EXE 文件) szCmdLine, // 告诉我们这是一个子进程的标志 NULL, // 用于进程的缺省的安全性 NULL, // 用于线程的缺省安全性 FALSE, // 不继承句柄 CREATE_NEW_CONSOLE, //创建新窗口 NULL, // 新环境 NULL, // 当前目录 &si, // 启动信息结构 &pi ) ; // 返回的进程信息 // 释放指向子进程的引用 if (bCreateOK) { CloseHandle(pi.hProcess) ; CloseHandle(pi.hThread) ; } } void Parent() { // 创建“自杀”互斥程序体 HANDLE hMutexSuicide=CreateMutex( NULL, // 缺省的安全性 TRUE, // 最初拥有的 g_szMutexName) ; // 互斥体名称 if (hMutexSuicide != NULL) { // 创建子进程 std :: cout << "Creating the child process." << std :: endl; StartClone() ; // 指令子进程“杀”掉自身 std :: cout << "Telling the child process to quit. "<< std :: endl; //等待父进程的键盘响应 getchar() ; //释放互斥体的所有权，这个信号会发送给子进程的 WaitForSingleObject 过程 ReleaseMutex(hMutexSuicide) ; // 消除句柄 CloseHandle(hMutexSuicide) ; } }
五、实验结果与分析
实验1-1结果分析：修改void成int，然后加上return 0，从main()函数开始，运行输出Hello, Win32 Consol Application。
实验1-2结果分析：从main()函数开始，首先判断argc的值（argc初始值默认为1）因为argc不满足大于1，所以不能将argv[1]赋值给nClone；然后nClone < c_nCloneMax ，则调用StartClone (++nClone)函数，创建子进程；创建子进程后，argc的值变为2，然后将自增的nClone赋值argv[1]，然后将继续执行main()函数，直到(nClone >c_nCloneMax),跳出，结束创建新进程。
实验1-3结果分析：从main()函数开始，首先判断argc的值（argc初始值默认为1），决定进行父进程还是子进程，因为argc不满足大于1，所以调用parent()函数，在执行parent（）函数过程中调用StartClone() ;然后通过sprintf(szCmdLine, “”%s"child" , szFilename)将argv[1]赋值child，后面满足条件后调用child()函数；由于设置了互斥信号，则只允许一个进程进行，所以只有当父进程释放互斥信号hMutexSuicide时，子进程检测获得才结束进程。
六、小结与心得体会
通过这个实验加深了我对操作系统的进程概念的了解，理解 Windows 进程的“一生”所有进程都是以调用CreateProcess()API函数开始的ExitProcess函数结束的。利用 CreateMutex() API 可创建互斥体，创建时还可以指定一个初始的拥有权标志，通过使用这个标志，只有当线程完成了资源的所有的初始化工作时，才允许创建线程释放互斥体，放弃共享资源时需要在该对象上调用 ReleaseMute() API函数等。
