操作系统课设——Windows 进程管理

一、实验目的
（1）学会使用 VC 编写基本的 Win32 Consol Application（控制台应用程序)。（2）通过创建进程、观察正在运行的进程和终止进程的程序设计和调试操作，进一步熟悉操作系统的进程概念，理解 Windows 进程的“一生”。（3）通过阅读和分析实验程序，学习创建进程、观察进程、终止进程以及父子进程同步的基本程序设计方法。

二、实验内容和步骤
（1）编写基本的 Win32 Consol Application
步骤 1：登录进入 Windows 系统，启动 VC++ 6.0。
步骤 2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location” 处输入工程目录。创建一个新的控
制台应用程序工程。
步骤 3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File” 处输入 C/C++源程序的文件名。
步骤 4：将清单 1-1 所示的程序清单复制到新创建的 C/C++源程序中。编译成可执行文件。
步骤 5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入 Windows“命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的 debug 子目录，执行编译好的可执行程序，列出运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？)

答：路径不对或者没有编译文件等。

（2）创建进程
本实验显示了创建子进程的基本框架。该程序只是再一次地启动自身，显示它的系统进程 ID和它在进程列表中的位置。
步骤 1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单 1-2 中的程序，编译成可执行文件。
步骤 2：在“命令提示符”窗口运行步骤 1 中生成的可执行文件，列出运行结果。按下 ctrl+alt+del，调用 windows 的任务管理器，记录进程相关的行为属性。
步骤 3：在“命令提示符”窗口加入参数重新运行生成的可执行文件，列出运行结果。按下ctrl+alt+del，调用 windows 的任务管理器，记录进程相关的行为属性。
步骤 4：修改清单 1-2 中的程序，将 nClone 的定义和初始化方法按程序注释中的修改方法进行修改，编译成可执行文件（执行前请先保存已经完成的工作）。再按步骤 2 中的方式运行，看看结果会有什么不一样。列出行结果。从中你可以得出什么结论？说明 nClone 的作用。变量的定义和初始化方法（位置）对程序的执行结果有影响吗？为什么？

答：控制程序执行过程，当nClone>5时跳出循环，创建子进程结束；有，在第二次更改中，由于nClone每次都初始化为0，会陷入死循环，不断创建子进程。

（3）父子进程的简单通信及终止进程
步骤 1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单 1-3 中的程序，编译成可执行文件。
步骤 2：在 VC 的工具栏单击“Execute Program”(执行程序) 按钮，或者按 Ctrl + F5 键，或者在“命令提示符”窗口运行步骤 1 中生成的可执行文件，列出运行结果。
步骤 3：按源程序中注释中的提示，修改源程序 1-3，编译执行（执行前请先保存已经完成的工作），列出运行结果。在程序中加入跟踪语句，或调试运行程序，同时参考 MSDN 中的帮助文件CreateProcess()的使用方法，理解父子进程如何传递参数。给出程序执行过程的大概描述。
步骤 4：按源程序中注释中的提示，修改源程序 1-3，编译执行，列出运行结果。
步骤 5 ：参考 MSDN 中的帮助文件 CreateMutex() 、 OpenMutex() 、 ReleaseMutex() 和WaitForSingleObject()的使用方法，理解父子进程如何利用互斥体进行同步的。给出父子进程同步过程的一个大概描述

答：CreateMutex() 创建互斥体hMutexSuicide信号、 OpenMutex()打开互斥体、 ReleaseMutex()释放互斥体、WaitForSingleObject()检测Hhandle信号状态，通过这些只允许有一个状态被创建或者使用也就是信号量唯一，实现进程同步。

三、程序清单

清单 1-1 一个简单的 Windows 控制台应用程序
// hello 项目
# include <iostream>
void main()
{std::cout << “Hello, Win32 Consol Application” << std :: endl ;
}

清单 1-2 创建子进程
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
// 创建传递过来的进程的克隆过程并赋于其 ID 值
void StartClone(int nCloneID)
{// 提取用于当前可执行文件的文件名TCHAR szFilename[MAX_PATH] ;GetModuleFileName(NULL, szFilename, MAX_PATH) ;// 格式化用于子进程的命令行并通知其 EXE 文件名和克隆 IDTCHAR szCmdLine[MAX_PATH];
sprintf(szCmdLine,"\"%s\" %d",szFilename,nCloneID);
// 用于子进程的 STARTUPINFO 结构STARTUPINFO si;ZeroMemory(&si , sizeof(si) ) ;si.cb = sizeof(si) ; // 必须是本结构的大小// 返回的用于子进程的进程信息PROCESS_INFORMATION pi;// 利用同样的可执行文件和命令行创建进程，并赋于其子进程的性质BOOL bCreateOK=::CreateProcess(szFilename, // 产生这个 EXE 的应用程序的名称szCmdLine, // 告诉其行为像一个子进程的标志NULL, // 缺省的进程安全性NULL, // 缺省的线程安全性FALSE, // 不继承句柄CREATE_NEW_CONSOLE, // 使用新的控制台NULL, // 新的环境NULL, // 当前目录&si, // 启动信息&pi) ; // 返回的进程信息// 对子进程释放引用if (bCreateOK){CloseHandle(pi.hProcess) ;CloseHandle(pi.hThread) ;} }
int main(int argc, char* argv[] )
{// 确定派生出几个进程，及派生进程在进程列表中的位置int nClone=0;
//修改语句：int nClone;
//第一次修改：nClone=0;if (argc > 1){// 从第二个参数中提取克隆 ID:: sscanf(argv[1] , "%d" , &nClone) ;}
//第二次修改：nClone=0;
// 显示进程位置std :: cout << "Process ID:" << :: GetCurrentProcessId()<< ", Clone ID:" << nClone<< std :: endl;
// 检查是否有创建子进程的需要const int c_nCloneMax=5;if (nClone < c_nCloneMax){
// 发送新进程的命令行和克隆号StartClone(++nClone) ;}// 等待响应键盘输入结束进程getchar();return 0;
}

清单 1-3 父子进程的简单通信及终止进程的示例程序
// procterm 项目
# include <windows.h>
# include <iostream>
# include <stdio.h>
static LPCTSTR g_szMutexName = "w2kdg.ProcTerm.mutex.Suicide" ;
// 创建当前进程的克隆进程的简单方法
void StartClone()
{// 提取当前可执行文件的文件名TCHAR szFilename[MAX_PATH] ;GetModuleFileName(NULL, szFilename, MAX_PATH) ;// 格式化用于子进程的命令行，字符串“child”将作为形参传递给子进程的 main 函数TCHAR szCmdLine[MAX_PATH] ;
//实验 1-3 步骤 3：将下句中的字符串 child 改为别的字符串，重新编译执行，执行前请先保存已经
完成的工作sprintf(szCmdLine, "\"%s\"child" , szFilename) ;// 子进程的启动信息结构STARTUPINFO si;ZeroMemory(&si,sizeof(si)) ;si.cb = sizeof(si) ; // 应当是此结构的大小// 返回的用于子进程的进程信息PROCESS_INFORMATION pi;// 用同样的可执行文件名和命令行创建进程，并指明它是一个子进程BOOL bCreateOK=CreateProcess(szFilename, // 产生的应用程序的名称 (本 EXE 文件)szCmdLine, // 告诉我们这是一个子进程的标志NULL, // 用于进程的缺省的安全性NULL, // 用于线程的缺省安全性FALSE, // 不继承句柄CREATE_NEW_CONSOLE, //创建新窗口NULL, // 新环境NULL, // 当前目录&si, // 启动信息结构&pi ) ; // 返回的进程信息// 释放指向子进程的引用if (bCreateOK){CloseHandle(pi.hProcess) ;CloseHandle(pi.hThread) ;} }
void Parent()
{// 创建“自杀”互斥程序体HANDLE hMutexSuicide=CreateMutex(NULL, // 缺省的安全性TRUE, // 最初拥有的g_szMutexName) ; // 互斥体名称if (hMutexSuicide != NULL){// 创建子进程std :: cout << "Creating the child process." << std :: endl;StartClone() ;// 指令子进程“杀”掉自身std :: cout << "Telling the child process to quit. "<< std :: endl;
//等待父进程的键盘响应getchar() ;
//释放互斥体的所有权，这个信号会发送给子进程的 WaitForSingleObject 过程
ReleaseMutex(hMutexSuicide) ;// 消除句柄CloseHandle(hMutexSuicide) ;} }
void Child()
{// 打开“自杀”互斥体HANDLE hMutexSuicide = OpenMutex(SYNCHRONIZE, // 打开用于同步FALSE, // 不需要向下传递g_szMutexName) ; // 名称if (hMutexSuicide != NULL){// 报告我们正在等待指令std :: cout <<"Child waiting for suicide instructions. " << std :: endl;//子进程进入阻塞状态，等待父进程通过互斥体发来的信号WaitForSingleObject(hMutexSuicide, INFINITE) ;
//实验 1-3 步骤 4：将上句改为 WaitForSingleObject(hMutexSuicide, 0) ，重新编译执行// 准备好终止，清除句柄std :: cout << "Child quiting." << std :: endl;CloseHandle(hMutexSuicide) ;} }
int main(int argc, char* argv[] )
{// 决定其行为是父进程还是子进程if (argc>1 && :: strcmp(argv[1] , "child" )== 0){Child() ;}else{Parent() ;}
return 0;
}

四、程序流程图
（1）编写基本的Win32 Consol Application

（2）创建进程

（3）父子进程的简单通信及终止进程

五、实验结果与分析
1.编写基本的 Win32 Consol Application：

2.创建进程，实验结果：

将nClone=1修改为1后，运行结果：

结果分析：从main()函数开始，首先判断argc的值（argc初始值默认为1）因为argc不满足大于1，所以不能将argv[1]赋值给nClone；然后nClone < c_nCloneMax ，则调用StartClone (++nClone)函数，创建子进程；创建子进程后，argc的值变为2，然后将自增的nClone赋值argv[1]，然后将继续执行main()函数，直到(nClone >c_nCloneMax),跳出，结束创建新进程。

3.父子进程的简单通信及终止进程，实验结果：

修改WaitForSingleObject()后：只允许有一个状态被创建或者使用也就是信号量唯一，实现进程同步。

结果分析：从main()函数开始，首先判断argc的值（argc初始值默认为1），决定进行父进程还是子进程，因为argc不满足大于1，所以调用parent()函数，在执行parent（）函数过程中调用StartClone() ;然后通过sprintf(szCmdLine, “”%s"child" , szFilename)将argv[1]赋值child，后面满足条件后调用child()函数；由于设置了互斥信号，则只允许一个进程进行，所以只有当父进程释放互斥信号hMutexSuicide时，子进程检测获得才结束进程。

六、小结与心得体会
通过这个实验加深了我对操作系统的进程概念的了解，理解 Windows 进程的“一生”所有进程都是以调用CreateProcess()API函数开始，以ExitProcess函数结束。学会了创建进程、终止进程以及父子进程同步的基本程序设计方法

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