二、与进程创建、执行有关的系统调用说明

进程可以通过系统调用 fork()创建子进程并和其子进程并发执行.子进程初始的执行映像是父进程的一个复本.子进程可以通过 exec()系统调用族装入一个新的执行程序。父进程可以使用 wait()或 waitpid()系统调用等待子进程的结束并负责收集和清理子进程的退出状态。

fork()系统调用:

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

fork 成功创建子进程后将返回子进程的进程号,不成功会返回-1.

exec 系统调用：

exec 系统调用 有一组 共6 个函数,其中示例实验中引用了 execve() 系统调用语法:

#include <unistd.h>
int execve(const char *path, const char *argv[], const char * envp[]);

• path 要装入的新的执行文件的绝对路径名字符串.
• argv[] 要传递给新执行程序的完整的命令参数列表(可以为空).
• envp[] 要传递给新执行程序的完整的环境变量参数列表(可以为空).

Exec 执行成功后将用一个新的程序代替原进程，但进程号不变，它绝不会再返回到调用进程了。如果 exec 调用失败，它会返回-1。

wait() 和 waitpid() 系统调用:

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int option);

status 用于保留子进程的退出状态。

pid可以为以下可能值：

• -1  等待所有 PGID 等于 PID 的绝对值的子进程
• 1   等待所有子进程
• 0   等待所有 PGID 等于调用进程的子进程
• >0  等待 PID 等于 pid 的子进程

   说明：PGID(Process Group ID   进程组 ID号)

option 规定了调用 waitpid 进程的行为：

• WNOHANG  没有子进程时立即返回
• WUNTRACED   没有报告状态的进程时返回

wait() 和 waitpid() 系统调用执行成功将返回终止的子进程的进程号，不成功返回-1。

wait 和 waitpid 区别：

• 在一个子进程终止前，wait使其调用者阻塞，而waitpid有一个选项，可使调用者不阻塞;
• waitpid()并不等待在其调用之后的第一个终止的子进程，它有若干个选项，可以控制它所等待的进程;

getpid()系统调用语法:

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);

getpid 返回当前进程的进程号，getppid 返回当前进程父进程的进程号。

三、与进程控制有关的系统调用说明

可以通过信号向一个进程发送消息以控制进程的行为。信号是由中断或异常事件引发的，如：键盘中断、定时器中断、非法内存引用等。
信号的名字都以 SIG 开头，例如 SIGTERM、SIGHUP。可以使用 kill -l 命令查看系统当前的信号集合。

信号可在任何时间发生，接收信号的进程可以对接收到的信号采取3种处理措施之一：

• 忽略这个信号
• 执行系统默认的处理
• 捕捉这个信号做自定义的处理

信号从产生到被处理所经过的过程：
  产 生 (generate)-> 挂 起 (pending)-> 派 送 (deliver)-> 部 署 (disposition) 或忽略(igore)

一个信号集合是一个 C 语言的 sigset_t 数据类型的对象，sigset_t 数据类型定义在<signal.h>中。被一个进程忽略的所有信号的集合称为一个信号掩码(mask)。

从程序中向一个进程发送信号有两种方法：调用 shell 的 kill 命令，调用kill系统调用函数。
kill能够发送除杀死一个进程(SIGKILL、SIGTERM、SIGQUIT)之外的其他信号，例如键盘中断(Ctrl+C)信号 SIGINT,进程暂停(Ctrl+Z)信号SIGTSTP 等等。

调用 Pause 函数会令调用进程的执行挂起直到一个任意信号到来后再继续运行。

调用 sleep 函数会令调用进程的执行挂起睡眠指定的秒数或一个它可以响应的信号到来后继续执行。

每个进程都能使用 signal 函数定义自己的信号处理函数，捕捉并自行处理接收的除 SIGSTOP 和 SIGKILL 之外的信号。

以下是有关的系统调用的语法说明。

kill 系统调用：

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);

• pid   接收信号的进程号
• signal  要发送的信号

kill 发送成功返回接收者的进程号，失败返回-1。

pause 系统调用：

#include <unistd.h>
int pause(void);

pause 挂起调用它的进程直到有任何信号到达。调用进程不自定义处理方法，则进行信号的默认处理。

只有进程自定义了信号处理方法捕获并处理了一个信号后，pause 才会返回调用进程。

pause 总是返回-1,并设置系统变量 errno 为 EINTR。

sleep 系统调用：

#include <unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int seconds);

seconds 指定进程睡眠的秒数。如果指定的秒数到，sleep 返回 0。

signal 系统调用:

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

• signum   要捕捉的信号
• handler  进程中自定义的信号处理函数名

signal 调用成功会返回信号处理函数的返回值，不成功返回-1,并设置系统变量 errno 为 SIG_ERR。

四、进程示例实验

以下实验示例程序应实现一个类似子 shell 子命令的功能,它可以从执行程序中启动另一个新的子进程并执行一个新的命令和其并发执行.

1) 打开一终端命令行窗体，新建一个文件夹，在该文件夹中建立以下名为pctl.c的C语言程序：

#include "pctl.h"int main(int argc, char *argv[]) { int i;int pid; //存放子进程号int status; //存放子进程返回状态char *args[] = {"/bin/ls","-a",NULL}; //子进程要缺省执行的命令signal(SIGINT,(sighandler_t)sigcat); //注册一个本进程处理键盘中断的函数pid=fork() ; //建立子进程if(pid<0){ // 建立子进程失败printf("Create Process fail!\n");exit(EXIT_FAILURE);}if(pid == 0){// 子进程执行代码段printf("I am Child process %d\nMy father is %d\n",getpid(),getppid()); //报告父子进程进程号pause(); //暂停，等待键盘中断信号唤醒printf("%d child will Running: \n",getpid());    //子进程被键盘中断信号唤醒继续执行if(argv[1] != NULL){//如果在命令行上输入了子进程要执行的命令，则执行输入的命令for(i=1; argv[i] != NULL; i++) printf("%s ",argv[i]); printf("\n"); //装入并执行新的程序status = execve(argv[1],&argv[1],NULL);} else {//如果在命令行上没输入子进程要执行的命令 则执行缺省的命令for(i=0; args[i] != NULL; i++) printf("%s ",args[i]); printf("\n"); //装入并执行新的程序status = execve(args[0],args,NULL);}} else {//父进程执行代码段printf("\nI am Parent process %d\n",getpid()); //报告父进程进程号if(argv[1] != NULL){ //如果在命令行上输入了子进程要执行的命令 则父进程等待子进程执行结束printf("%d Waiting for child done.\n\n",getpid()); waitpid(pid,&status,0); //等待子进程结束printf("\nMy child exit! status = %d\n\n",status); }else{ //如果在命令行上没输入子进程要执行的命令 唤醒子进程，与子进程并发执行不等待子进程执行结束if(kill(pid,SIGINT) >= 0)  printf("%d Wakeup %d child.\n",getpid(),pid) ;printf("%d don't Wait for child done.\n\n",getpid()); }}return EXIT_SUCCESS;
}

2) 再建立以下名为 pctl.h 的 C 语言头文件：

#include <sys/types.h>
#include <wait.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//进程自定义的键盘中断信号处理函数
typedef void (*sighandler_t) (int);
void sigcat(){printf("%d Process continue\n",getpid());
}

head = pctl.h
srcs = pctl.c
objs = pctl.o
opts = -g -c
all: pctl
pctl: $(objs)gcc $(objs) -o pctl
pctl.o: $(srcs) $(head)gcc $(opts) $(srcs)
clean:rm pctl *.o

4) 输入 make 命令编译连接生成可执行的 pctl 程序

$ gmake

gcc -g -c pctl.c
      gcc pctl.o -o pctl

5) 执行 pctl 程序(注意进程号是动态产生的,每次执行都不相同)

I am Child process 4113

My father is 4112

I am Parent process 4112第二部分 操作系统算法实验

Wakeup 4113 child.

4112 don't Wait for child done.

4113 Process continue

4113 child will Running: /bin/ls -a