实验2-1 进程相关的系统调用

一、实验目的

学习Linux中与进程控制相关的系统调用，加深对进程、进程树等概念的理解。

二、实验内容

1. 学习使用以下几类系统调用，进行编程练习

获取进程的信息，getpid(), getppid()

父子进程控制，fork()，wait()

2. 学习熟练地使用程序的编辑vi，编译gcc，运行

3. 学习熟练地使用ps命令观察进程的状态及其关系

4. 选做：使用联机手册man，查看上述系统调用的完整指南

三、实验步骤

完成以下3个实验样例程序的编辑、编译、运行和观察。

1 通过联机手册，深入学习相应的系统调用。

2 对3个样例程序进行自主改造和实验，或者构造新的程序进行实验。

（1）程序getpid.c

#include <stdio.h>

main()

{

       int pid;

       pid = getpid();

       printf("my pid is %d\n", pid);

       pid = getppid();

       printf("my parent’s pid is %d\n", pid);

       sleep(40);

}

1.输入程序 vi getpid.c

2.编译连接 gcc getpid.c -o getpid

3.后台运行 ./getpid &

4. 使用 ps –l 查看进程状态，验证getpid()和getppid()系统调用，注意父子进程的关系。

5. （选做）使用 man 2 getpid命令，查看getpid（）系统调用的联机手册。

（2）程序fork.c

#include <stdio.h>

int z = 0;

main()

{

int pid = getpid();

      if (pid = fork()) {

              z = pid;

              printf(“z1 = %d\n”, z);

       } else {

              z = pid;

              printf(“z2 = %d\n”, z);

       }

printf(“all done, pid = %d\n”, pid);

}

1.先考虑一下，程序的输出结果是什么。

父进程：fork()返回子进程的PID，因此z被赋值为子进程的PID，然后打印出z1 = [子进程的PID]。

子进程：fork()在子进程中返回0，因此z被赋值为0，然后打印出z2 = 0。

在每个进程中，最后都打印all done, pid = [当前的pid]。

2. 输入程序 vi fork.c

3. 编译连接 gcc fork.c -o fork

4. 运行 ./fork

注意观察程序的输出

5. 验证自己原先的想法是否正确，想一想为什么。

6. （推荐）使用man 2 fork命令，查看fork的联机手册。

（3）程序mfork.c

#include <stdio.h>

main()

{

       int i, pid;

       for (i=0; i<10; i++) {

              pid = fork();

              if (pid == 0) {

                     printf("child %d starts running\n", i);

                     sleep(60+i*5);    // every child sleeps for a different period

                     exit(0);

              } else {

                     printf("parent: generate a new child with pid %d\n", pid);

                     sleep(1);

              }

       }

}

1. 先考虑一下，程序的输出结果是什么。

父进程创建一个子进程，然后返回子进程的PID并进行输出子进程的PID

父进程打印消息"parent: generate a new child with pid [PID]"

然后子进程打印消息"child 1 starts running"

以此类推，循环十轮

来看看GPT的解释

这段代码是一个C语言程序，其主要功能是创建10个子进程，每个子进程都会睡眠一段时间，不同的子进程睡眠时间不同。我们来详细分析一下：

### 包含的头文件
```c
#include <stdio.h>
```
这行代码包含了标准输入输出库，使得程序能够使用`printf`等函数输出信息到控制台。

### main函数
程序的入口是`main`函数。这里没有指定返回类型，按照C语言的老标准，如果不指定返回类型，默认为`int`。

### 变量定义
```c
int i, pid;
```
定义了两个整型变量`i`和`pid`。`i`用于循环计数，`pid`用于存储`fork`函数的返回值。

### 循环结构
```c
for (i=0; i<10; i++) {
// 循环体内容
}
```
这个循环会执行10次，每次循环都尝试创建一个新的进程。

### fork函数
```c
pid = fork();
```
`fork()`函数用于创建一个新的子进程，它几乎是父进程的完全复制品。`fork()`会在父进程中返回新创建的子进程的进程ID，在子进程中返回0。如果`fork`失败，它会返回一个负值。

### 子进程的行为
```c
if (pid == 0) {
printf("child %d starts running\n", i);
sleep(60+i*5); // every child sleeps for a different period
exit(0);
}
```
在子进程中（`pid`等于0的情况下），程序会输出一个消息表示子进程开始运行，并调用`sleep`函数让子进程睡眠一段时间。睡眠时间是60秒加上循环变量`i`乘以5，这意味着每个子进程都有不同的睡眠时间，从60秒到105秒不等。之后，子进程通过调用`exit(0)`正常退出。

### 父进程的行为
```c
else {
printf("parent: generate a new child with pid %d\n", pid);
sleep(1);
}
```
在父进程中，程序会输出一个消息表示已生成一个新的子进程，并显示其进程ID。然后父进程会睡眠1秒，这主要是为了给系统一些时间来调度新创建的子进程。

### 结论
这个程序将会创建10个子进程，每个子进程睡眠的时间比前一个多5秒。父进程在每次创建子进程后等待1秒，然后继续循环直到创建了10个子进程。每个子进程在打印消息并睡眠相应的时间后正常退出。父进程在创建完所有子进程后，由于没有代码控制其等待子进程结束或退出，所以父进程的行为将依赖于其后续代码（该代码片段中未提供）以及操作系统的行为。