《Linux操作系统》实验2：进程及线程创建

一、实验目的

理解创建子进程函数的fork()的用法，通过观察运行结果理解进程的基本特征；通过代码及运行结果理解线程的概念，能够理解进程与线程之间的关联。

二、实验方法

本次实验属于验证型实验，按照实验内容的指导完成所有实验步骤，并记录下实验结果，遇到不懂的问题或是在某一步骤上卡壳，先尝试在搜索引擎上寻找解决方法，积极与老师、同学沟通，务必亲自将实验完成。

三、实验内容

  1. 使用编辑器gedit新建一个helloProcess.c源文件，并输入后面的范例代码。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
//pid_t是数据类型，实际上是一个整型，通过typedef重新定义了一个名字，用于存储进程id
pid_t pid,cid;
//getpid()函数返回当前进程的id号
printf("Before fork Process id :%d\n", getpid());
/*
fork()函数用于创建一个新的进程，该进程为当前进程的子进程，创建的方法是：将当前进程的内存内容完整拷贝一份到内存的另一个区域，两个进程为父子关系，他们会同时（并发）执行fork()语句后面的所有语句。
fork()的返回值：
如果成功创建子进程，对于父子进程fork会返回不同的值，对于父进程它的返回值是子进程的进程id值，对于子进程它的返回值是0.
如果创建失败，返回值为-1.
*/
cid = fork();
printf("After fork, Process id :%d\n", getpid());
return 0;
}

保存退出gedit，使用gcc对源文件进行编译，然后运行，观察结果并解释原因。

  1. 练习ps命令，该命令可以列出系统中当前运行的进程状态，我们在上面代码的21行处加入下面两行语句，目的是让父子进程暂停下来，否则我们无法观测到他们运行时的状态。
int i;
scanf("%d",&i);

重新编译运行程序，开启一个新的终端窗口输入下面的命令并观察运行结果。

ps -al
  1. 通过判断fork的返回值让父子进程执行不同的语句。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t cid;
printf("Before fork process id :%d\n", getpid());
cid = fork();
if(cid == 0){ //该分支是子进程执行的代码
printf("Child process id (my parent pid is %d):%d\n", getppid(),getpid());
for(int i=0; i<3 ; i++)
printf("hello\n");
}else{ //该分支是父进程执行的代码
printf("Parent process id :%d\n", getpid());
for(int i=0; i<3 ; i++)
printf("world\n");
}
return 0;
}

重新编译观察结果，重点观察父子进程是否判断正确（通过比较进程id）。父子进程其实是并发执行的，但实验结果好像是顺序执行的，多执行几遍看看有无变化，如果没有变化试着将两个循环的次数调整高一些，比如30、300，然后再观察运行结果并解释原因。

Created with Raphaël 2.1.2Parent process Gocid=fork()cid==0?Child process codeParent process ReturnParent process codeyesno
上图解释了fork的工作流程，请大家参照代码仔细理解。
  1. 验证父子进程间的内存空间是相互独立的。在终端中进入自己的主目录，使用gedit命令新建一文件helloProcess2.c，输入下面的代码，然后编译运行，解释其原因。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t cid;
int x = 100;
cid = fork();
if(cid == 0){ //该分支是子进程执行的代码
x++;
printf("In child: x=%d\n",x);
}else{ //该分支是父进程执行的代码
x++;
printf("In parent: x=%d\n",x);
}
return 0;
}
  1. 在上一步的代码的20行添加如下语句，同时代码最顶端要包含一个新的头文件
#include <sys/wait.h>
wait(NULL);

wait函数会让调用者陷入等待，直到子进程的状态变为可用（即子进程结束前父进程一直处于等待状态）。
为了让效果更清楚，请将wait语句从20行移到18行，并在15行加上如下语句：

sleep(3);

sleep该函数可以让调用进程睡上指定的时间长度（单位是second）。
重新编译代码运行，我们特意让子进程输出完毕后睡了3秒，在这期间父进程什么事也没有做一直在wait，直到子进程结束后父进程才执行printf语句。

  1. 创建线程。先关闭先前的文件，gedit helloThread.c以创建一个新的C语言源文件，将下面的代码拷贝进编辑器。
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void* threadFunc(void* arg){ //线程函数
printf("In NEW thread\n");
}
int main()
{
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, threadFunc, NULL);
//pthread_join(tid, NULL);
printf("In main thread\n");
return 0;
}

编译该段代码时，请注意gcc要加入新的参数，命令如下：

gcc helloThread.c -o helloThread -l pthread

运行一下观察到什么现象了？将上面第18行代码的注释去掉又观察到了什么现象？为什么？
试着在主线程和新线程里加入循环输出，观察一下输出的效果和并发父子进程的执行效果是否相似。

四、实验报告

  1. 将本次实验内容的全过程写在报告中，每一个步骤的输出结果均要截图；

  2. 报告在word中编辑，输出成pdf格式，文件名：学号-姓名-实验X.pdf [注：X为实验的编号，本次实验为1，以此类推。文件名命名错误的最后成绩下降一个等级]

  3. 本次报告的最后提交时间如下，请学委在此时间后立即把班级作业和实验压缩好通过QQ传给我：

    a. 3班：10月17日 18：00

    b. 2班：10月18日 18：00

    c. 1班：10月19日 18：00