Процессы и потоки в ОС LINUX
Цель работы – исследовать методы создания процессов в ОС Linux, основные функции создания и управления процессами, обмен данными между процессами.
Теоретическая часть
В ОС Linux для создания процессов используется системный вызов fork():
#include
#include
pid_t fork (void);
В результате успешного вызова fork() ядро создаёт новый процесс, который является почти точной копией вызывающего процесса. Другими словами, новый процесс выполняет копию той же программы, что и создавший его процесс, при этом все его объекты данных имеют те же самые значения, что и в вызывающем процессе.
Созданный процесс называется дочерним процессом, а процесс, осуществивший вызов fork(), называется родительским. После вызова родительский процесс и его вновь созданный потомок выполняются одновременно, при этом оба процесса продолжают выполнение с оператора, который следует сразу же за вызовом fork(). Процессы выполняются в разных адресных пространствах, поэтому прямой доступ к переменным одного процесса из другого процесса невозможен.
Следующая короткая программа более наглядно показывает работу вызова fork() и использование процесса:
#include
#include
Int main ()
pid_t pid; /* идентификатор процесса */
printf (“Пока всего один процесс\n”);
pid = fork (); /* Создание нового процесса */
printf (“Уже два процесса\n”);
if (pid = = 0)
printf (“Это Дочерний процесс его pid=%d\n”, getpid());
printf (“А pid его Родительского процесса=%d\n”, getppid());
else if (pid > 0)
printf (“Это Родительский процесс pid=%d\n”, getpid());
Else
printf (“Ошибка вызова fork, потомок не создан\n”);
Для корректного завершения дочернего процесса в родительском процессе необходимо использовать функцию wait() или waitpid():
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
Функция wait приостанавливает выполнение родительского процесса до тех пор, пока дочерний процесс не прекратит выполнение или до появления сигнала, который либо завершает текущий процесс, либо требует вызвать функцию-обработчик. Если дочерний процесс к моменту вызова функции уже завершился (так называемый «зомби»), то функция немедленно возвращается. Системные ресурсы, связанные с дочерним процессом, освобождаются.
Функция waitpid приостанавливает выполнение родительского процесса до тех пор, пока дочерний процесс, указанный в параметре pid, не завершит выполнение, или пока не появится сигнал, который либо завершает родительский процесс, либо требует вызвать функцию-обработчик. Если указанный дочерний процесс к моменту вызова функции уже завершился (так называемый «зомби»), то функция немедленно возвращается. Системные ресурсы, связанные с дочерним процессом, освобождаются. Параметр pid может принимать несколько значений:
pid 0 означает ожидать дочернего процесса, чем идентификатор равен pid.
Значение options создается путем битовой операции ИЛИ над следующими константами:
WNOHANG — означает вернуть управление немедленно, если ни один дочерний процесс не завершил выполнение.
WUNTRACED —означает возвращать управление также для остановленных дочерних процессов, о чьем статусе еще не было сообщено.
Каждый дочерний процесс при завершении работы посылает своему процессу-родителю специальный сигнал SIGCHLD, на который у всех процессов по умолчанию установлена реакция «игнорировать сигнал». Наличие такого сигнала совместно с системным вызовом waitpid() позволяет организовать асинхронный сбор информации о статусе завершившихся порожденных процессов процессом-родителем.
Для перегрузки исполняемой программы можно использовать функции семейства exec. Основное отличие между разными функциями в семействе состоит в способе передачи параметров.
int execl(char *pathname, char *arg0, arg1, . argn, NULL);
int execle(char *pathname, char *arg0, arg1, . argn, NULL, char **envp);
int execlp(char *pathname, char *arg0, arg1, . argn, NULL);
int execlpe(char *pathname, char *arg0, arg1, . argn, NULL, char **envp);
int execv(char *pathname, char *argv[]);
int execve(char *pathname, char *argv[],char **envp);
int execvp(char *pathname, char *argv[]);
int execvpe(char *pathname, char *argv[],char **envp);
Существует расширенная реализация понятия процесс, когда процесс представляет собой совокупность выделенных ему ресурсов и набора нитей исполнения. Нити(threads) или потокипроцесса разделяют его программный код, глобальные переменные и системные ресурсы, но каждая нить имеет собственный программный счетчик, свое содержимое регистров и свой стек. Все глобальные переменные доступны в любой из дочерних нитей. Каждая нить исполнения имеет в системе уникальный номер – идентификатор нити. Поскольку традиционный процесс в концепции нитей исполнения трактуется как процесс, содержащий единственную нить исполнения, мы можем узнать идентификатор этой нити и для любого обычного процесса. Для этого используется функция pthread_self(). Нить исполнения, создаваемую при рождении нового процесса, принято называть начальной или главной нитью исполнения этого процесса. Для создания нитей используется функция pthread_create:
int pthread_create( pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine)( void*), void *arg);
Функция создает новую нить в которой выполняется функция пользователя start_routine ,передавая ей в качестве аргумента параметр arg. Если требуется передать более одного параметра, они собираются в структуру, и передается адрес этой структуры.При удачном вызове функция pthread_create возвращает значение 0 и помещает идентификатор новой нити исполнения по адресу, на который указывает параметр thread. В случае ошибки возвращается положительное значение, которое определяет код ошибки, описанный в файле . Значение системной переменной errno при этом не устанавливается. Параметр attr служит для задания различных атрибутов создаваемой нити. Функция нити должна иметь заголовок вида:
void * start_routine (void *)
Завершение функции потока происходит если:
· функция нити вызвала функцию pthread_exit();
· функция нити достигла точки выхода;
· нить была досрочно завершена другой нитью.
Функция pthread_join() используется для перевода нити в состояние ожидания:
int pthread_join (pthread_t thread, void **status_addr);
Функция pthread_join() блокирует работу вызвавшей ее нити исполнения до завершения нити с идентификатором thread. После разблокирования в указатель, расположенный по адресу status_addr, заносится адрес, который вернул завершившийся thread либо при выходе из ассоциированной с ним функции, либо при выполнении функции pthread_exit(). Если нас не интересует, что вернула нам нить исполнения, в качестве этого параметра можно использовать значение NULL.
Для компиляции программы с нитями необходимо подключить библиотеку pthread.lib следующим способом:
Gcc 1.c –o 1.exe -lpthread
Время в Linux отсчитывается в секундах, прошедшее с начала этой эпохи (00:00:00 UTC, 1 Января 1970 года). Для получения системного времени можно использовать следующие функции:
#include
time_t time (time_t *tt);
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
struct timeval <
long tv_sec; /* секунды */
long tv_usec; /* микросекунды */
Порядок выполнения работы
1. Изучить теоретическую часть работы.
2. Написать программу, создающую два дочерних процесса с использованием двух вызовов fork(). Родительский и два дочерних процесса должны выводить на экран свой pid и pid родительского процесса и текущее время в формате: часы: минуты: секунды: миллисекунды. Используя вызов system(), выполнить команду ps -x в родительском процессе. Найти свои процессы в списке запущенных процессов.
3. В основной программе создать 2 потока. После этого процесс-отец создает файл, записывает в него строки вида: N pid текущее время в формате: часы: минуты: секунды: миллисекунды (где N – номер выводимой строки) и выводит формируемые строки в левой половине экрана. Количество записываемых в файл строк k = 100. Оба потока читают строки из файла и выводят их в правой части экрана в виде: потокid потока текущее время (мсек) строка из файла
Варианты индивидуальных заданий
1. Разработать программу по условию п.3, но вместо потоков создать 3 процесса, которые осуществляют те же функции, что и в п.3 (читают строки из файла и выводят их в правой части экрана) в виде: процессpid процесса текущее время (мсек) строка из файла.
2. Написать программу нахождения массива K последовательных значений функции y[i]=sin(2*PI*i/N)( i=0,1,2…K-1 ) с использованием ряда Тейлора. Пользователь задаёт значения K, N и количество n членов ряда Тейлора. Для расчета каждого члена ряда Тейлора запускается отдельная нить. Каждая нить выводит на экран свой id и рассчитанное значение ряда. Головной процесс суммирует все члены ряда Тейлора, и полученное значение y[i] записывает в файл.
3. Написать программу синхронизации двух каталогов, например, Dir1 и Dir2. Пользователь задаёт имена Dir1 и Dir2. В результате работы программы файлы, имеющиеся в Dir1, но отсутствующие в Dir2, должны скопироваться в Dir2 вместе с правами доступа. Процедуры копирования должны запускаться с использованием функции fork() в отдельном процессе для каждого копируемого файла. Каждый процесс выводит на экран свой pid, имя копируемого файла и число скопированных байт. Число запущенных процессов не должно превышать N (вводится пользователем).
4. Написать программу поиска одинаковых по их содержимому файлов в двух каталогов, например, Dir1 и Dir2. Пользователь задаёт имена Dir1 и Dir2. В результате работы программы файлы, имеющиеся в Dir1, сравниваются с файлами в Dir2 по их содержимому. Процедуры сравнения должны запускаться с использованием функции fork() в отдельном процессе для каждой пары сравниваемых файлов. Каждый процесс выводит на экран свой pid, имя файла, число просмотренных байт и результаты сравнения. Число запущенных процессов не должно превышать N (вводится пользователем).
5. Написать программу поиска заданной пользователем комбинации из m байт (m
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-16; Нарушение авторского права страницы