實驗3 進程通信 signal軟中斷 2016-10

1第四章進程管理實驗4.1實驗目的一、加深對進程概念的理解，明確進程和程序的區(qū)別

二．進一步認識并發(fā)執(zhí)行的實質(zhì)

三．分析進程爭用資源的現(xiàn)象，學習解決進程互斥的方法

四．了解Linux系統(tǒng)中進程通信的基本原理

4.2準備知識

4.2.1基本概念

進程的概念

進程與程序的區(qū)別

并發(fā)執(zhí)行的概念

進程互斥的概念

進程通信的基本原理

2系統(tǒng)調(diào)用圖4-1系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)表方式變元表：N參數(shù)1參數(shù)2……參數(shù)n(a)直接方式trap參數(shù)1參數(shù)2……參數(shù)n××變元表：N指針(b)間接方式系統(tǒng)調(diào)用是一種進入系統(tǒng)空間的辦法。通常，在OS的核心中都設(shè)置了一組用于實現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序，并將它們提供給程序員使用。程序員在需要OS提供某種服務(wù)的時候，便可以調(diào)用一條系統(tǒng)調(diào)用命令，去實現(xiàn)希望的功能，這就是系統(tǒng)調(diào)用。因此，系統(tǒng)調(diào)用就像一個黑箱子一樣，對用戶屏蔽了操作系統(tǒng)的具體動作而只是提供了調(diào)用功能的接口。系統(tǒng)調(diào)用與一般的過程調(diào)用有下述幾方面的明顯差別：（1）運行在不同的系統(tǒng)狀態(tài)。（2）通過軟中斷進入。（3）返回問題。當調(diào)用進程仍具有最高優(yōu)先級時，才返回到調(diào)用進程繼續(xù)執(zhí)行；否則，將引起重新調(diào)度，以便讓優(yōu)先權(quán)最高的進程優(yōu)先執(zhí)行。（4）嵌套調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用也可以嵌套進行系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)與一般過程調(diào)用的實現(xiàn)相比，兩者間有很大差異。對于系統(tǒng)調(diào)用，控制是由原來的用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)態(tài)，這是借助于中斷和陷入機制來完成的，在該機制中包括中斷和陷入硬件機構(gòu)及中斷與陷入處理程序兩部分。中斷是指CPU對系統(tǒng)發(fā)生某事件時的一種響應(yīng).中斷分為外中斷和內(nèi)中斷(1)所謂外中斷是指由于外部設(shè)備事件所引起的中斷.(2)內(nèi)中斷則是指由于CPU內(nèi)部事件所引起的中斷.

如程序出錯（地址越界)、電源故障等。內(nèi)中斷（trap）被譯為“捕獲”或“陷入”。陷入是由于執(zhí)行了現(xiàn)行指令所引起的；中斷則是由于系統(tǒng)中某事件引起的，該事件與現(xiàn)行指令無關(guān)。進程創(chuàng)建與軟中斷通信fork系統(tǒng)調(diào)用：由于進程為執(zhí)行程序的環(huán)境，因此在執(zhí)行程序前必須先建立這個能"跑"程序的環(huán)境。Linux系統(tǒng)提供系統(tǒng)調(diào)用拷貝現(xiàn)行進程的內(nèi)容，以產(chǎn)生新的進程，調(diào)用fork的進程稱為父進程；而所產(chǎn)生的新進程則稱為子進程。子進程會承襲父進程的一切特性，但是它有自己的數(shù)據(jù)段，也就是說，盡管子進程改變了所屬的變量，卻不會影響到父進程的變量值。

父進程和子進程共享一個程序段，但是各自擁有自己的堆棧、數(shù)據(jù)段、用戶空間以及進程控制塊。換言之，兩個進程執(zhí)行的程序代碼是一樣的，但是各有各的程序計數(shù)器與自己的私人數(shù)據(jù)。

9linux是多用戶和多進程的操作系統(tǒng)，進程在操作系統(tǒng)中的創(chuàng)建，都會生成一個進程描述塊，描述當前進程的所有信息，包括，數(shù)據(jù)段、代碼段、堆棧段的地址，當前進程的環(huán)境變量，文件描述符等。

fork函數(shù)過程：操作系統(tǒng)先創(chuàng)建一個進程描述塊，然后把父進程的所有進程描述符的信息精確拷貝過來，和父進程一樣（除了進程ID不一樣外），代碼段共享，數(shù)據(jù)段和堆棧段復制，所有的寄存器的值全部精確拷貝，文件描述符也許精確拷貝。

fork的返回值，fork在父進程空間中返回子進程的PID，在子進程空間中返回0。10圖3-2父進程和子進程的內(nèi)存映像用戶內(nèi)存區(qū)父進程的vm_arce_structvmstartvmstartcount=2vmstartvmstartcount=2子進程的vm_arce_struct子進程數(shù)據(jù)區(qū)子進程堆棧區(qū)父進程數(shù)據(jù)區(qū)父進程堆棧區(qū)共享正文區(qū)11一．fork()函數(shù):用于創(chuàng)建一個新進程（子進程）intfork();pid=fork();if(pid<0){printf("forkerror\n");exit(0);}if(pid==0){printf("Thechildprocessisrunningnow!\n");exit(0);}if(pid>0){printf("Theparentprocessisrunningnow!\n");exit(0);}

進程創(chuàng)建與軟中斷通信信號與軟中斷信號是OS系統(tǒng)中使用的一種進程間通信方式，它提供一種處理異步事件的方法。例如：用戶可以通過一個中斷指令中斷一個程序的執(zhí)行，兩個進程間可以通過發(fā)送信號通知一個異步事件，系統(tǒng)或進程通過信號報告突發(fā)的硬件故障（如非法指令或運算溢出）。此外，系統(tǒng)還可以通過信號實現(xiàn)軟中斷，即用戶進程向自身發(fā)送信號，以調(diào)用某些系統(tǒng)功能，或轉(zhuǎn)入某些特定處理。進程創(chuàng)建與軟中斷通信“軟中斷”不同于普通中斷，它是指通過隨機向進程發(fā)送信號，通知進程完成某事件。只有執(zhí)行狀態(tài)的進程才會響應(yīng)該信號，與處理普通中斷一樣，進程轉(zhuǎn)而執(zhí)行信號要求的處理。如果信號到達時，進程處于執(zhí)行狀態(tài)以外的其他狀態(tài)，則信號不會被響應(yīng)。進程創(chuàng)建與軟中斷通信系統(tǒng)調(diào)用signal(sig,function)是進程用來設(shè)定某個信號的處理方法；系統(tǒng)調(diào)用kill(Pid,Iid)是用來發(fā)送信號給指定進程的。這兩個調(diào)用可以形成信號的基本操作。處理信號有三種類型：進程接收到信號后退出；進程忽略該信號；進程收到信號后執(zhí)行用戶設(shè)定用系統(tǒng)調(diào)用signal的函數(shù)。信號SIGINT由按下Ctrl-C發(fā)出，信號SIGQUIT由按下Ctrl-發(fā)出。信號功能值SIGHUP掛起1SIGINT鍵盤中斷，鍵盤按Delete鍵或Break鍵2SIGQUIT鍵盤按Quit鍵3SIGILL非法指令4SIGTRAP跟蹤中斷5SIGIOTIOT指令6SIGBUS總線錯7SIGFPE浮點運算溢出8SIGKILL要求終止進程9SIGUSR1用戶定義信號#110SIGSEGV段違法11SIGUSR2用戶定義信號#212SIGPIPE向沒有讀進程的管道上寫13SIGALRM定時器告警，時間到14SIGTERMkill發(fā)出的軟件結(jié)束信號15(16,堆棧錯誤，使進程終止)SIGCHLD子進程死17SIGCONT若已停止則繼續(xù)18SIGPWR電源故障30Wait()函數(shù)Wait()函數(shù)常用來控制父進程與子進程的同步。在父進程中調(diào)用wait（）函數(shù)，則父進程被阻塞，進入等待隊列，等待子進程結(jié)束。當子進程結(jié)束時，會向父進程發(fā)出SIGCHLD信號。當接收到信號后，父進程從wait（）函數(shù)返回繼續(xù)執(zhí)行原程序。Exit()函數(shù)是進程結(jié)束最常調(diào)用的函數(shù)。在正常終止時，exit（）函數(shù)返回進程結(jié)束狀態(tài)。進程創(chuàng)建與軟中斷通信#include<stdio.h>#include<signal.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>intwait_flag;voidstop(){wait_flag=0;};main(){ intpid1,pid2; wait_flag=1; signal(2,stop);//orsignal(14,stop);進程創(chuàng)建與軟中斷通信while(wait_flag==1); while((pid1=fork())==-1); if(pid1>0){while((pid2=fork())==-1); if(pid2>0){wait_flag=1; sleep(5); kill(pid1,16); kill(pid2,17); wait(0); wait(0); printf("Parentprocessiskilled!!\n"); exit(0); }

else{wait_flag=1; signal(17,stop); while(wait_flag==1); printf("Childprocess2iskilledbyparent!!\n"); exit(0);

}

}

else

{wait_flag=1;

signal(16,stop);

while(wait_flag==1);printf("Childprocess1iskilledbyparent!!\n");exit(0); }}

進程創(chuàng)建與軟中斷通信

else{wait_flag=1; signal(17,stop); while(wait_flag==1); printf("Childprocess2iskilledbyparent!!\n"); exit(0);