实验目的
- 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
- 掌握Linux系统中的进程创建，管理和删除等操作。
- 熟悉使用Linux下的命令和工具，如
man, find, grep, whereis, ps, pgrep, kill, ptree, top, vim, gcc，gdb, 管道等。
实验内容
task1
要求： 打开一个vi进程。通过ps命令以及选择合适的参数，只显示名字为vi的进程。寻找vi进程的父进程，直到init进程为止。记录过程中所有进程的ID和父进程ID。将得到的进程树和由pstree``命令的得到的进程树进行比较。
1.首先下载安装vim，通过sudo apt-get install vim-get实现
2.查询进程可使用
pgrep命令来搜索进程名，通过xargs获取到命令的输出并传递给另外的命令。所以通过pgrep vi | xqrrg ps –l可看到vi进程以及他的相关进程信息。之后通过ps命令逐个查找父进程，直到找到根进程。由图中信息可知：vi进程的进程号为：19905 其父进程进程号为：19894，以此类推可查到根进程。
进程关系表：
| 父进程 | 进程号 | 进程名 |
|---|---|---|
| 19894 | 19905 | vi |
| 19889 | 19894 | bash |
| 1523 | 19889 | gnome |
| 1505 | 1523 | upstart |
| 913 | 1505 | lightdm |
| 1 | 913 | ligh |
| 0 | 1 | init spl |
其中：
F：flag，表示程序的旗标，4表示使用者为超级用户，1表示使用者为用户
S：status，表示这个程序的状态
UID：表示执行者身份
PID：表示进程ID
PPID：表示父进程的ID
C：表示使用的CPU资源百分比
PRI：priority，表示进程的执行优先权，越小表示越早被执行
NI：nice，表示进程可以被执行的优先级的修正数值
ADDR：表示内核函数
SZ：表示占用内存的大小
WCHAN:表示程序是否正在运作当中。“-”表示正在运行
TTY：表示终端机的位置CMD：表示所下达指令的名称
3.通过pstree命令得到进程树。
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20190316151202650.PNG?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc1Mjk1Mw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="60%">
在进程树中可以在systemd – lightdm – lightdm – upstart – gnome-terminal – bash – vi 找到vi所在的位置。其中，systemd是一组系统管理命令，取代了init命令成为系统的第一个进程，gnome-terminal为终端的管理进程。
问题总结：
1. ps、pstree及top命令辨析
ps：平时比较常用的查看进程的命令，ps 是显示瞬间进程的状态，并不动态变化；如果想对进程运行时间监控，需要用 top 工具。
pstree：显示进程状态树，pstree命令可以列出当前的进程，以及它们的树状结构。
使用ps命令得到的数据精确，但数据庞大，不易掌握系统整体状况。pstree命令清晰明了。它能将当前的执行程序以树状结构显示。
top：用来显示系统当前的进程状况。是一个动态显示过程，即可以通过用户按键来不断刷新当前状态。如果在前台执行该命令，它将独占前台，直到用户终止该程序为止。
task2
要求： 编写程序，首先使用fork系统调用，创建子进程。在父进程中继续执行空循环操作；在子进程中调用exec打开vi编辑器。然后在另外一个终端中，通过ps –Al命令、ps aux或者top等命令，查看vi进程及其父进程的运行状态，理解每个参数所表达的意义。选择合适的命令参数，对所有进程按照cpu占用率排序。
- 编写test.c程序，实现使用fork系统调用，创建子进程。在父进程中继续执行空循环操作；在子进程中调用exec打开vi编辑器。
[图片上传失败...(image-696048-1553237084704)] -
编译运行test.c程序
image - 在另一个终端使用命令
ps -AL查看现有进程信息。
image
在进程列表中可以找到vi进程以及该进程的状态信息
image - 运用命令
ps aux查看内存中运行的程序：
image
其中：
USER：进程使用者账号；
PID：进程ID号；
CPU：进程使用掉的CPU资源百分比；
MEM：进程所占用的物理内存百分比；
VSZ：进程使用掉的虚拟内存量 (Kbytes)
RSS ：进程占用的固定的内存量 (Kbytes)
TTY ：进程所在终端机（若与终端机无关，则显示 “？”，tty1-tty6 是本机上面的登入者程序，若为 pts/0 等等，则表示为由网络连接进主机的程序。
STAT：程序目前的状态:R (正在运作) S (正在睡眠) T(正在侦测或停止) Z (zombie(疆尸) 程序)
START：进程被触发启动的时间；
TIME ：进程实际使用 CPU 运作的时间。
COMMAND：进程所属的指令
- 接着使用
top命令将所有进程按照cpu占有率进行排序，根据排序结果可见，我创建的test程序因含有死循环fork所以几乎完全占用了CPU。
image
task3
要求： 使用fork系统调用，创建如下进程树，并使每个进程输出自己的ID和父进程的ID。观察进程的执行顺序和运行状态的变化。
-
根据题目要求编写程序
image -
多次运行得到如下输出。可以看出P1为P2和P3的父进程，P2位P4和P5的父进程，与实验要求的进程树相同。
image -
程序流程简图
image
问题总结：
1. linux中的fork()函数
一个进程包括代码、数据和分配给进程的资源。fork()函数通过系统调用创建与原来进程几乎完全相同的进程，相当于克隆了一个自己。但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。
一个进程调用fork()函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。
2. fork()函数特点
fork函数被调用一次，能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：
1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
2）在子进程中，fork返回0；
3）如果出现错误，fork返回一个负值；
3. 父进程先结束的问题
在实验过程中会遇到执行程序时子进程与的父进程号不符合“父子关系”。
后发现是因为所有的子进程在getppid()的时候父进程已经结束了，得到的是upstart进程的pid=1523。所以在代码中加入
sleep(1);，让父进程等待一秒钟再结束，由此可以正确得到进程间的“父子关系”。
task4
要求： 修改上述进程树中的进程，使得所有进程都循环输出自己的ID和父进程的ID。然后终止p2进程(分别采用kill -9 、自己正常退出exit()、段错误退出)，观察p1、p3、p4、p5进程的运行状态和其他相关参数有何改变。
-
由于需要循环输出自己的ID和父进程的ID，所以程序逻辑发生变化，重新编写程序并运行如下。
image - 运行该程序，可见循环输出符合进程树的进程关系。
image
通过pstree -p查看程序进程树，可见符合原题给出的进程树。
image - 终止p2进程
- 采用
kill -9，删除进程p2（2077），再次查看进程树，可见原进程树上仅有原来的p1,p2,p3。
image
原来为p2子进程的p4和p5现在成为upstart的子进程。
image
通过命令ps -aux | grep 2077查看p2进程的信息，可见进程p2的状态已变成Z（僵死 a defunct (”zombie”) process），成为僵尸进程。
在这里插入图片描述 - 正常退出exit()
改写代码，使得p2通过exit(0);函数退出。
image
运行可见到循环的第二轮p2进程便不在，原本是p2子进程的p3和p4成为upstart的子进程。
image
查看进程树，可见原进程树有p1，p2，p3进程。
image
同样对p2的进程信息查询，得到结果显示p2进程状态为Z，成为僵尸进程。
image -
段错误退出
采用访问不存在的内存地址的方式产生段错误退出。
image
编译运行该程序并查看进程树，可得到与上文相类似的结果
image
原进程树仅有p1、p2、p3进程，原为p2子进程的p4，p5成为upstart的子进程。
image
image
查询p2进程信息，可见p2进程状态变为Z，成为僵尸进程。
image
综合以上可知，这三种方式终止p2进程都会使得p2进程成为僵尸进程。
问题总结：
1 . 辨析STAT表示的行程的状态
linux的进程有5种状态：
D：不可中断 uninterruptible sleep (usually IO)
R：运行 runnable (on run queue)
S：中断 sleeping
T：停止 traced or stopped
Z：僵死 a defunct (”zombie”) process
2. 段错误的产生原因
段错误是指访问的内存超出了系统给这个程序所设定的内存空间。
- 访问不存在的内存地址
void main() {
int *ptr = NULL;
*ptr = 0;
}
- 访问系统保护的内存地址
void main() {
int *ptr = (int *)0;
*ptr = 100;
}
- 访问只读的内存地址
void main() {
char *ptr = "test";
strcpy(ptr, "TEST");
}
- 栈溢出
void main() {
main();
}
实验总结
本次实验，我对于fork()函数有了更加深入的认识，也更加熟练地使用linux系统。通过对于进程信息的创建，查询，终止等操作，对于“进程”的概念也有了更加感性的认识，更好的理解了课上所讲的抽象化的概念。遇到不懂的问题和概念，通过上网查资料，咨询老师同学，学会了更多的专业知识。希望之后能够继续加油，做到真正的理解实验原理。
