Linux课程设计进程控制

课程设计报告课程名称Linux操作系统课程设计指导教师张玲起止日期2014-03-01 至2014-06-13实验项目实验二进程控制学院信息与通信工程学院专业电子信息工程学生姓名班级/学号成绩指导老师签字1. 课程设计概述本次课设意在利用进程控制相关的系统调用编程进行进程控制实验，观察进程从创建、运行到终止的控制过程，加深对进程概念的理解。

1.1 课程设计的目的本实验的目的是掌握进程的概念，理解进程的创建、执行、等待、终止的过程。

熟悉有关进程控制的命令和系统调用，理解Shell 的工作原理。

1.2 课程设计的内容1） 进程控制命令● 使用进程控制命令ps ，kill 监视和控制进程的活动2） 编程部分● 用fork ，wait ，exec 系统调用编程实现进程控制；● 编写一个简单的shell 。

1.3 设计原理进程是一个其中运行着一个或多个线程的地址空间和这些线程所需要的系统资源。

构建的文件构架如图：图1 实验目录树的结构 2012010948exp2 exp1 exp3vis vis22.实验步骤2.1操作2.1.1进程控制命令（在此终端窗口的操作截图见图1）1.执行ps命令，查看bash进程的PID：PID就是各进程的身份标识,程序一运行系统就会自动分配给进程一个独一无二的PID。

进程中止后PID被系统回收。

2.在后台运行一个yes进程：yes > /dev/null &3.用ps -f命令观察yes进程的pid和ppid，用ps u命令观察yes进程的状态。

yes进程的父进程是哪个进程？通过查看yes程序的PPID可知其父进程为bash4.根据命令名搜索特定的进程：ps-ef|grep yes：5.用kill命令杀掉yes进程：kill 【PID】：图1 进程控制命令2.1.2进程控制系统调用（此部分操作截图见图2、3）1.利用fork()和wait()来控制进程的执行：♦在exp2目录下编写一个程序fork_wait.c。

该程序用fork创建了一个子进程，而后子进程先输出自己的信息，再睡眠10秒后结束。

父进程等待子进程，收集到子进程结束信息后输出信息，然后结束。

编译：gcc-o fork_wait fork_wait.c 运行：./fork_wait♦修改此程序，使父进程先睡眠一段时间，然后再收集（wait）子进程。

重新编译并在后台运行该程序（./fork_wait &），在子进程已终止而父进程尚未收集它时，用ps u观察子进程的僵尸状态。

在父进程分支的开始处调用函数sleep(40)睡眠40秒。

用ps u可以看见一个Z2.利用exec()置换程序的执行代码文件：♦在exp2目录下编写一个程序exec_test.c，使子进程执行另一个程序，如echo。

编译：gcc-o exec_test exec_test.c 运行：./exec_test♦修改程序exec_test.c，使子进程执行一个可持续运行一段时间命令，重新编译并在后台运行程序（./exec_test &），用ps -f 命令观察子进程执行的命令名CMD。

添加一句sleep 40。

即：execl("/bin/sleep", "sleep", "40", NULL);图2 进程控制系统调用-fork_wait图2 进程控制系统调用-fork_wait2.1.3Mini Shell编程(此部分操作截图见图4、5)1.在exp2目录编写一个简单的shell程序—Mini Shell，它接收输入的命令并解释执行。

♦Linux的命令分为内部命令和外部命令两种。

内部命令由Shell程序自己实现，如cd、pwd等，外部命令是位于磁盘上（多数在/bin和/usr/bin目录下）的可执行程序。

Mini Shell只实现两个内部命令：pwd和quit（退出），它可执行所有不带选项和参数的外部命令，如date、who、cal、ls等。

2.（选做1）修改Mini Shell程序，使它可执行只带一个命令选项或参数的命令行，如ls -a、cat file、echo hello等。

♦用strtok函数将读入的命令行cmd以空格为分隔符拆为两个字符串cmd1和cmd2：cmd1=strtok(cmd," ");cmd2=strtok(NULL," ");此时的cmd1即为命令名，cmd2即为命令的选项或参数。

判断cmd2，若为空则执行系统调用execlp(cmd1, cmd1, NULL)，否则执行execlp(cmd1, cmd1, cmd2, NULL)3.（选做2）修改Mini Shell程序，可做任何你认为可以改进的修改，如界面、提示、处理输入错误、增强功能等。

图4 Mini Shell编程-1图5 Mini Shell-2图6 Mini Shell-33.实验结论与评价3.1进程控制命令此部分操作较为简单，主要在帮助理解进程的概念和进程的PID，掌握基本的进程操作如ps kill 和后台运行一个程序等。

通过这一部分的操作我了解到进程是什么，进程和程序有什么不一样，子进程和父进程之间的关系。

3.2进程控制系统调用fork_wait是本次实验的第一个编程题，通过已经给好的代码我了解到了几个在Linux中常用的函数，如sleep()，getpid()，fork()，wait() 等，我更加清晰地在修改程序的过程中理解了子进程和父进程的关系，更重要的是我学会了通过简单函数来对进程进行控制。

观察到了特殊的僵尸进程：僵尸进程（zombie）是指已终止运行，但尚未被清除的进程。

exec_test是本次试验的第二个编程题，这次学习到的函数是execl()，第一参数path字符指针所指向要执行的文件路径，接下来的参数代表执行该文件时传递的参数列表：argv[0],argv[1]... 最后一个参数用空指针NULL作结束。

利用这个函数实现了用exec()置换程序的执行代码文件的功能。

3.3Mini Shell编程这一部分的操作较为复杂，占用了实验的大部分时间。

让我意识到我们的编程能力还有待提高，尤其是字符串、文件等部分。

选作一的地方通过空格把命令名和参数分开分别执行，需要分清是应该先读命令再分开还是先分开再读命令，选作二我增添了几个Mini Shell内部命令，修改了界面。

4.程序清单4.1fork_wait.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>main(){int rid, cid;printf("****fork-test by 2012010948****\n"); //将your-sid改为你的学号rid = fork();if ( rid < 0 ) printf("error in fork!");else if ( rid == 0 ) { // 子进程printf("I am child, my PID is %d. I will sleep a while.\n", getpid());sleep(10); // 睡眠10秒printf("I am down.\n");}else { // 父进程//sleep(30); //睡眠30秒cid=wait(NULL);printf("I am parent, I caught a child with PID of %d.\n", cid);}exit(0);}}4.2exec_test.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>main(){int rid;printf("****exec-test by 2012010948****\n"); //将your-sid改为你的学号rid = fork();if ( rid < 0 ) printf("error in fork!");else if ( rid == 0 ) { // 子进程printf("I am child, I will change to echo!\n");execl("/bin/echo", "echo", "Hello! ", NULL);}else wait(NULL); // 父进程exit(0);}4.3mini_shell.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>void pwd();main(){int id;char cmd[80];printf("****mini-shell by your-sid****\n"); //将your-sid改为你的学号while(1) {printf("Mini Shell> "); //显示命令提示符fgets(cmd, 80, stdin); //从键盘读入命令行cmd[strlen(cmd)-1]=0; //将行尾字符置为字符串结束符0if ( strcmp(cmd, "quit") == 0 ) exit(0); //内部命令quitif ( strcmp(cmd, "pwd") == 0 ) pwd(); //内部命令pwdelse { //外部命令id=fork();if (id<0) { printf("Fork error!\n"); exit(1);}if ( id == 0 ) {if (execlp(cmd, cmd, NULL)<0)printf("Command error!\n");exit(2);}wait(NULL);}}}void pwd(){char dir[50];getcwd(dir,50);printf("%s\n", dir);}4.4mini_shell.c选作一#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>void pwd();main(){int id;char cmd[80];char* cmd1;char* cmd2;char* cmd3;char y;printf("2012010948\n"); //将your-sid改为你的学号printf("Thank you for using me. Do you want any help?(y/n)");getchar();scanf("%c",&y);if(y='n')printf("thanks");else if(y='y')printf("ok");while(1) {printf("Mini Shell> "); //显示命令提示符fgets(cmd, 80, stdin); // 从键盘读入命令行cmd[strlen(cmd)-1]=0; //将行尾字符置为字符串结束符0cmd1=strtok(cmd," ");cmd2=strtok(NULL," ");cmd3=strtok(NULL," ");if ( strcmp(cmd1, "quit") == 0 ) exit(0); //内部命令quitif ( strcmp(cmd1, "pwd") == 0 ) pwd(); //内部命令pwdelse { //外部命令id=fork();if (id<0) { printf("Fork error!\n"); exit(1);}if ( id == 0 ) {if(cmd2!=NULL){ if(cmd3==NULL){if (execlp(cmd1, cmd1, cmd2,NULL)<0)printf("Command error!\n");exit(2);}else{if (execlp(cmd1, cmd1, cmd2,cmd3,NULL)<0)printf("Command error!\n");exit(2);}}else{if (execlp(cmd1, cmd1,NULL)<0)printf("Command error!\n");exit(2);}}wait(NULL);}}}void pwd(){char dir[50];getcwd(dir,50);printf("%s\n", dir);}4.5mini_shell.c选作二#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>void pwd();main(){int id;char cmd[80];char *cmd1;char *cmd2;printf("********************************\n");printf("****mini-shell by 2012010948****\n"); //将your-sid改为你的学号printf("********************************\n");while(1) {printf("Mini Shell> "); //显示命令提示符fgets(cmd, 80, stdin); //从键盘读入命令行cmd[strlen(cmd)-1]=0; //将行尾字符置为字符串结束符0printf("%s\n", cmd);cmd1=strtok(cmd," ");cmd2=strtok(NULL," "); //将命令行分开成两部分if ( strcmp(cmd, "quit") == 0 ) exit(0); //内部命令quitif ( strcmp(cmd, "where") == 0 ) pwd(); //内部命令pwdif ( strcmp(cmd, "tired") == 0 ) {sleep(5); printf("i'm down\n");} //内部命令pwd else { //外部命令id=fork();if (id<0) { printf("Fork error!\n"); exit(1);}if ( id == 0 ) {if(cmd2==NULL) execlp(cmd1, cmd1, NULL);else execlp(cmd1, cmd1, cmd2, NULL);if (execlp(cmd, cmd, NULL)<0)printf("Command error!\n");exit(2);}wait(NULL);}}}void pwd(){char dir[50];getcwd(dir,50);printf("%s\n", dir);}参考文献[1]张玲. Linux操作系统基础、原理与应用，北京：清华大学出版社，2014年2月。