Linux操作系统实验十一 进程管理（上）

1.实验目的与要求

1. 知道进程相关概念
2. 获取进程信息
3. 会进程的创建和终止
4. 会进程的调用

2.实验平台

实验室安装的实验环境（Linux操作系统）和头歌（www.educoder.net）实验平台（课程实验）

3.实验内容

1. 获取进程
2. 进程的创建和终止
3. 进程的调用

4.实验详细内容、步骤

任务描述

在 Linux 环境下，进程是一个十分重要的概念。每个进程都由一个唯一的标识符来表示，即进程ID，通常称为pid。本关将介绍如何获取进程的pid。

本关任务：学会使用C语言在Linux系统中获取进程的pid以及父进程的pid。

相关知识

Linux系统中存在一个特殊的进程，即空闲进程(idle process)，当没有其他进程在运行时，内核所运行的进程就是空闲进程，它的pid为0。在启动后，内核运行的第一个进程称为init进程，它的pid是1。通常，Linux系统中init进程就是我们在资源管理器中看到的名为init的程序。系统中其它的进程都是由init来创建出来的。

创建新进程的那个进程被称为父进程，而新创建的进程被称为子进程。每个进程都是由其他进程创建的(除了init进程)，因此每个子进程都有一个父进程。

Linux系统提供了两个系统调用函数来获取一个进程的pid和其父进程的pid，分别是getpid和getppid函数。在Linux系统中可以使用man命令来查询这些函数的使用方法。具体的查询命令为： man 2 函数名

获取进程自身pid

获取进程本身的进程ID的系统调用函数是getpid，具体的说明如下：

• 需要的头文件如下：

• i. #include <sys/types.h>
• ii. #include <unistd.h>

• 函数格式如下： pid_t getpid(void);
• 函数返回值说明： 返回当前进程的pid值。

案例演示1: 编写一个程序，打印自身的进程ID。详细代码如下所示：

1. #include <stdio.h>
2. #include <sys/types.h>
3. #include <unistd.h>
4. 
   
5. int main()
6. {
7.    pid_t pid = getpid();
8.    printf("当前进程的ID为:%d\n", pid);
9.    
10.    return 0;
11. }

将以上代码保存为getpid.c文件，编译执行。可以看到每次运行都打印出不同的进程ID，这是因为Linux系统动态的给进程分配pid。

获取父进程pid

获取父进程的进程ID的系统调用函数是getppid，具体的说明如下：

• 需要的头文件如下：

• i. #include <sys/types.h>
• ii. #include <unistd.h>

• 函数格式如下： pid_t getppid(void);
• 函数返回值说明： 返回当前进程的父进程的pid值。

案例演示1: 编写一个程序，打印父进程ID和自身进程ID。详细代码如下所示：

1. #include <stdio.h>
2. #include <sys/types.h>
3. #include <unistd.h>
4. 
   
5. int main()
6. {
7.    pid_t pid = getpid();
8.    printf("当前进程的ID为:%d\n", pid);
9.    pid_t ppid = getppid();
10.    printf("当前进程的父进程ID为:%d\n", ppid);
11.    
12.    return 0;
13. }

将以上代码保存为getppid.c文件，编译执行。可以看到每次运行都打印出相同的父进程ID，这是因为我们在同一个终端中运行3次程序，所以被运行的程序父进程为终端进程，因为父进程一直都一样。

编程要求

本关的编程任务是补全右侧代码片段中Begin至End中间的代码，具体要求如下：

• 补全getProcInfo函数，用于获取当前进程ID和其父进程ID(提示：将结果存放在procIDInfo结构体中)。

测试说明

本关的测试需要用户在右侧代码页中补全代码，然后点击评测按钮，平台会自动验证用户是否按照要求去检测结果。

任务描述

在上一关我们学习如何获取进程的pid信息，本关我们将介绍如何编程创建一个新的进程。

本关任务：学会使用C语言在Linux系统中使用fork系统调用创建一个新的进程。

相关知识

在Linux系统中创建进程有很多函数可以使用，其中包括了系统调用也包括库函数。本关将介绍一个最常见的系统调用函数来创建进程，这就是使用fork函数来创建一个新进程。

当用户调用fork函数时，系统将会创建一个与当前进程相同的新进程。通常将原始进程称为父进程，而把新生成的进程称为子进程。子进程是父进程的一个拷贝，子进程获得同父进程相同的数据，但是同父进程使用不同的数据段和堆栈段。

在早期的系统中，创建进程比较简单。当调用fork时，内核会把所有的内部数据结构复制一份，复制进程的页表项，然后把父进程的地址空间中的内容也复制到子进程的地址空间中。但是从内核角度来说，这种复制方式是非常耗时的。

因此，在现代的系统中采取了更多的优化。现代的Linux系统采用了写时复制技术(Copy on Write)，而不是一创建子进程就将所有的数据都复制一份。

Copy on Write(COW)的主要思路是：如果子进程/父进程只是读取数据，而不是对数据进行修改，那么复制所有的数据是不必要的。因此，子进程/父进程只要保存一个指向该数据的指针就可以了。当子进程/父进程要去修改数据时，那么再复制该部分数据即可。这样也不会影响到子父进程的执行。因此，在执行fork时，子进程首先只复制一个页表项，当子进程/父进程有写操作时，才会对所有的数据块进行复制操作。

[COW思路]

在Linux系统中可以使用man命令来查询该函数的使用方法。具体的查询命令为： man 2 函数名

使用fork函数创建进程

fork函数的具体的说明如下：

• 需要的头文件如下：

• i. #include <unistd.h>

• 函数格式如下： pid_t fork(void);
• 函数返回值说明： 调用成功，fork函数两个值，分别是0和子进程ID号。当调用失败时，返回-1，并设置错误编号errno。

注意：fork函数调用将执行两次返回，它将从父进程和子进程中分别返回。从父进程返回时的返回值为子进程的 PID，,而从子进程返回时的返回值为0，并且返回都将执行fork之后的语句。

案例演示1: 编写一个程序，使用fork函数创建一个新进程，并在子进程中打印出其进程ID和父进程ID，在父进程中返回进程ID。详细代码如下所示：

1. #include <stdio.h>
2. #include <sys/types.h>
3. #include <unistd.h>
4. #include <string.h>
5. #include <errno.h>
6. 
   
7. int main()
8. {
9.    pid_t pid;
10.    pid = fork();
11.    if(pid == -1)
12.    {
13.        //创建进程失败
14.        printf("创建进程失败(%s)!\n", strerror(errno));
15.        return -1;
16.    }
17.    else if(pid == 0)
18.    {
19.        //子进程
20.        printf("当前进程为子进程：pid(%d)，ppid(%d)\n", getpid(), getppid());
21.    }
22.    else
23.    {
24.        //父进程
25.        printf("当前进程为父进程：pid(%d)，ppid(%d)\n", getpid(), getppid());
26.    }
27.    
28.    //子进程和父进程分别会执行的内容
29.    return 0;
30. }

将以上代码保存为forkProcess.c文件，编译执行。可以看到每次执行forkProcess时，子进程和父进程都不是固定的执行顺序，因此由fork函数创建的子进程执行顺序是由操作系统调度器来选择执行的。因此，子进程和父进行在执行的时候顺序不固定。

编程要求

本关的编程任务是补全右侧代码片段中Begin至End中间的代码，具体要求如下：

• 补全createProcess函数，使用fork函数创建进程，并在子进程中输出"Children"字符串，在父进程中输出"Parent"字符串。(注意：不要在createProcess函数中使用exit函数或者return来退出程序)。

测试说明

本关的测试需要用户在右侧代码页中补全代码，然后点击评测按钮，平台会自动验证用户是否按照要求去检测结果。