实验 Linux下进程管理
一、实验目的
1.掌握vim编译器
2.掌握gcc编译器的使用
3.了解fork()程序
二、实验工具与设备
1．实验设备：计算机（带CD-ROM）一台。
三、实验预备知识
1. vim的编辑器
使用语法：Vim <被编辑的文件名>
Vim有三种模式：命令模式、插入模式、最后行模式。
命令模式：
刚启动Vim后，就处于该模式。在此模式下，允许用Vim的子命
令来编辑文件或转移到其它模式。如：
x命令：删除光标上面的字符。
方向键：移动光标。
i命令：进入插入模式，可在当前光标处插入字符。
a命令：进入插入模式，可在当前光标后插入字符。
R命令：从当前光标处开始替换文本。
r命令：替换当前光标处字符。
~命令：对当前光标处字母进行大小写转换。
dd命令：删除光标所在行。
dw命令：删除光标所在处字。
h命令：光标左移。
l命令：光标右移。
k命令：光标上移。
j命令：光标下移。
：命令：进入最后一行模式。
插入模式：
此模式下允许输入文本，用回车键换行，Esc 进入命令模式。
最后一行模式：
w命令：将文件存盘，但不退出。
wq命令：将文件存盘，并退出。
q! 命令：不保存文件并退出。
r命令：将另一个文件内容插入当前光标处。
2.gcc编译器
Unix 上使用的C 语言编译器cc，在Linux上的派生就是gcc。在使用vim编写完源程
序之后，返回到shell下面，使用gcc对源程序进行编译的命令是：
gcc 源程序
其中，“源程序”即为你编写的以.c 为扩展名的C 语言源代码文件。
如果源代码没有语法错误，使用以上命令编译，会在当前目录下生成一个名为a.out
的可执行文件。如果源代码有语法错误，则不会生成任何文件，gcc编译器会在shell中
提示你错误的地点和类型。
也可以使用以下方法编译源代码文件，生成自命名的可执行文件：
gcc 源文件–o 自命名的文件名
执行当前目录下的编译生成的可执行文件，使用以下格式：
./可执行文件名
当使用gcc编译你写的程序源代码的时候，可能会因为源代码存在语法错误，编译
无法进行下去，这时候，就可以使用调试器gdb来对程序进行调试。
3. gdb 简介
Linux 包含了一个叫gdb 的GNU 调试程序。gdb 是一个用来调试C 和C++ 程序
的强力调试器。它使你能在程序运行时观察程序的内部结构和内存的使用情况。以下是
gdb 所提供的一些功能：
l 能监视你程序中变量的值。
l 能设置断点以使程序在指定的代码行上停止执行。
l 能一行行的执行你的代码。
当启动gdb 后，能在命令行上指定很多的选项。你也可以以下面的方式来运行 gdb：
gdb <fname>
当你用这种方式运行gdb ，就能直接指定想要调试的程序。这将告诉gdb 装入名为
fname 的可执行文件。你也可以用gdb 去检查一个因程序异常终止而产生的core 文
件，或者与一个正在运行的程序相连。你可以参考gdb 指南页或在命令行上键入gdb
-h 得到一个有关这些选项的说明的简单列表。
为调试编译代码(Compiling Code for Debugging)。为了使gdb 正常工作, 你必须
使你的程序在编译时包含调试信息。调试信息包含你程序里的每个变量的类型和在可执
行文件里的地址映射以及源代码的行号。gdb 利用这些信息使源代码和机器码相关联。
在编译时用-g 选项打开调试选项。
4.fork() 函数说明
pid_t fork(void)
fork()会产生一个新的子进程。该函数包含于头文件unistd.h 中。其子进程会复制
父进程的数据与堆栈空间，并继承父进程的用户代码、组代码、环境变量、已打开的文
件代码、工作目录和资源限制等。Linux 使用copy-on-write(COW)技术，只有当其中一
进程试图修改欲复制的空间时才会做真正的复制动作，由于这些继承的信息是复制而
来，并非指相同的内存空间，因此子进程对这些变量的修改和父进程并不会同步。此
外，子进程不会继承父进程的文件锁定和未处理的信号。注意，Linux不保证子进程会比
父进程先执行或晚执行，因此编写程序时要留意死锁或竞争条件的发生。
返回值，如果fork()调用成功则在父进程会返回新建立的子进程代码(PID)，而在新
建立的子进程中则返回0。如果fork() 失败则直接返回-1，失败原因存于errno中。失
败的原因有三个：
1) 系统内存不够；
2) 进程表满（容量一般为200~400）；
3) 用户的子进程太多（一般不超过25个）。
错误代码：EAGAIN 内存不足；ENOMEM 内存不足，无法配置核心所需的数据结构空
间。
四、实验内容和步骤
实验一：
在Linux环境下，用c语言编程，使用系统调用fork创建进程多个子进程。
（1）在终端里输入vim test.c,启动vi.
（2）按a或者i进入插入模式，在里面输入以下代码。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main ()
{
pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值
fpid=fork();
printf(" you print me\n");
return 0;
}
（3）按Esc键进入命令模式，输入：和wq 进行保存退出vim.
（4）用gcc编译器编译该程序： gcc –o test test.c –ggdb
（5）运行刚刚编译的程序：./a
或者进行调式运行
用gcc编译器编译该程序： gcc –o test test.c –ggdb
调试刚刚编译的程序：gdb a
要求：
- 请说出执行这个程序后，将一共运行几个进程。
- 观察运行结果，并给出分析与解释。
运行结果：
分析：
由于调用fork()函数产生了一个新的进程，子进程复制了父进程的运行环境（上下文）,由于两个进程的执行，所以产生了两条输出语句。
实验二：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main ()
{
pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值
int count=0;
fpid=fork();
if (fpid < 0)
printf("error infork!");
else if (fpid == 0) {
printf("i am the childprocess, my process id is %d/n",getpid());
count++;
}
else {
printf("i am the parentprocess, my process id is %d/n",getpid());
count++;
}
printf("统计结果是: %d/n",count);
return 0;
}
要求：
观察运行结果，并给出分析与解释
实验结果:
分析：
在主函数中，fork函数创建了一个子进程，创建成功后在main函数中返回子进程的pid，执行else语句，count++；子进程中，返回0执行elseif 语句，count++；由于二者的count是各自独立的，因此都是1。
实验三：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main ()
{
pid_t pid1;
pid_t pid2;
pid1=fork();
pid2=fork();
printf("pid1:%d,pid2:%d\n",pid1,pid2);
return 0;
}
这个程序运行后，一共将运行4个进程。这4个进程并没有严格的区分先后顺序。
实验结果:
分析（以结果一为例）：
Main函数 ：创建了两个子进程，因此会在main函数中返回这两个进程的pid，main 函数顺序执行，打印出这两个pid（617，618）
子进程1：由于执行了pid1=fork(); 因此，在新创建的子进程1中fpid1的值 为0，由于复制了main函数的上下文，子进程1顺序执行 pid2=fork(); 创建之后fpid2在子进程1中的值为子子进程的pid， 因此打印（0，619）；
子子进程（在子进程1中创建的进程）:子子进程复制了子进程的所有运行环境，这其中包括fpid1的值，而在子进程1中fpid1的值为0，且fpid2在子子进程中的值为0，由此打印出（0，0）
子进程2：创建完成子进程1之后，main函数继续执行pid2=fork();由此创建子进程2，子进程2复制了main函数的所有运行环境，这其中包括fpid1的值，且fpid2在子进程2中的值为0，因此打印（617,0）;
实验四：
首先分析一下代码运行时其输出结果有哪几种可能性，按照实验1步骤编译调试观察其实际输出情况，比较两者的差异，分析其中的原因。
void main ()
{ int x=5;
if( fork( ) )
{
x+=30;
printf (“%d\n”,x);
}
else
printf(“%d\n”,x);
printf((“%d\n”,x);
}
实验结果：
、
分析:
在main函数中，成功创建了一个子进程之后，返回一个非0的pid，执行else语句，打印了两个5；
在子进程中fork函数返回了0，因此执行if语句，x+=30，会打印两个30，由于父子进程执行顺序不确定，因此结果会有四种。但总是两个5，两个30.
实验五：
int main()
{ int size=1;
int i=0;
printf("i son/pa ppid pid fpid/n");
//ppid指当前进程的父进程pid
//pid指当前进程的pid,
//fpid指fork返回给当前进程的值
for(i=0;i<size;i++){
pid_t fpid=fork();
if(fpid==0)
printf("%d child %4d %4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
else
printf("%d parent %4d %4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
}
return 0;
}
要求：
1、观察运行结果，并给出分析与解释。
2、如果size=2的时候会有什么结果，为什么。
实验结果:
分析：
由于循环只执行一次，在main函数中，fork函数返回值不为0故执行else部分，fpid返回值为子进程pid；在子进程中，fork函数返回值为1，故执行if部分，fpid值为0；
当size为2的时候的实验结果:
分析
五、实验总结
1．写出实验报告。
2. 利用vim对linux文本文件进行编辑。
3.编写fork()程序，并利用gcc和gdb进行编译、调试和运行。