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基础知识

1 进程的创建：Linux中，载入内存并执行程序映像的操作与创建一个新进程的操作是分离的。将程序映像载入内存，并开始运行它，这个过程称为运行一个新的程序，相应的系统调用称为exec系统调用。而创建一个新的进程的系统调用是fork系统调用。
2 exec系统调用：execl()将path所指路径的映像载入内存，arg是它的第一个参数。参数可变长。参数列表必须以NULL结尾。通常execl()不会返回。成功的调用会以跳到新的程序入口点作为结束。发生错误时，execl()返回-1，并设置errno值。
3 fork系统调用：成功调用fork()会创建一个新的进程，它与调用fork()的进程大致相同。发生错误时，fork()返回-1，并设置errno值。
4 终止进程：exit()、段地址错误、kill -9
5 进程挂起：pause()。函数pause会把进程挂起，直到接收到信号。在信号接收后，进程会从pause函数中退出，继续运行。
5 等待子进程中断或结束：wait()
6 vim常用命令

vim常用命令

题目

1 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。

2 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。

3 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。

Optional title

4 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。

解答

1

（1）创建vi进程：启动Linux终端，直接输入“vi”并回车就可进入vi界面。
（2）由于我们需要寻找到刚才所打开的进程的PID。值得注意的是，在本题目中我们所要寻找的进程非常的容易寻见，因为在我们运行Linux的时候，并没有进行其他的操作，即此时并没有特别多的进程在运行。此时直接使用如下命令：

# ps -A

然后直接在所有进程中人工匹配进程名即可。

但我们都知道，实际情况并不是理想的。我们需要一条命令，通过进程的名称帮助我们匹配和查找进程的具体信息。首先我们用：

1	# pgrep [str]

进行模糊匹配，找到匹配该特征串的进程ID，再根据进程ID显示指定的进程信息：

1	# ps --pid [pid]；

因为查找出来的进程ID需要被作为参数传递给ps命令，故使用xargs命令，通过管道符号连接。最后我们需要进程的详细信息，故需要加上-u参数。

综上，如果我们需要通过名称“vi”来匹配查找某些进程的具体信息，则可以使用以下的命令：

1	# pgrep vi \| xargs ps -u --pid

于是，我们启动另一个终端，输入上述命令，就可以在已经进行过名称匹配的进程中查找我们需要的内容。

图1.1

如上图标注，我们要寻找的vi的进程号为42907。

（3）寻找vi进程的父进程，我们需要使用它的进程号并使用如下命令：

1	# ps -ef \|grep pid

其中，ps命令将某个进程显示出来，它是LINUX下最常用的也是非常强大的进程查看命令；grep命令是的功能查找，它是一种强大的文本搜索工具，能使用正则表达式搜索文本，并把匹配的行打印出来，其全称是Global Regular Expression；而中间的“|”是管道命令，是指ps命令与grep同时执行。

通过多步查找，直到查找到init进程，其进程号为1。

图1.2

图1.3

（4）我们可以使用如下命令来查看进程树，并打印每个进程的PID：

1	# pstree -p

图1.4

图1.5

根据图中标注，我们可以看到vi进程的进程树为：1 -> 953 -> 1209 -> 1360 -> 42888 -> 42894 -> 42907，与上面的结果完全一致。

2

（1）根据题意编写代码如下：

#include "stdio.h"
#include "sys/types.h"
#include "unistd.h"
#include "stdlib.h"

int main(){
    pid_t p1,p2;
    int cnt=0;
    while((p1=fork()) == -1);
    if(!p1){
        while((p2=fork()) == -1);
        //使用进程2打开vi
        if(!p2){
            int ret;
            ret = execlp("vi","",NULL);
            if (ret == -1)
                printf("ERROR!\n");
            }
        //进程1设置为无限循环
        while(1){}
        }
    return 0;
}

（2）使用ps -Al命令查看信息，结果如下：

图2.1

参数如下图所示：

图2.2

这些参数所表示的意义为：

参数名	含义
F	flag，4表示用户为超级用户
S	stat，状态
PID	进程ID
PPID	父进程ID
C	CPU使用资源的百分比
PRI	priority，优先级
NI	Nice值
ADDR	核心功能，指出该进程在内存的哪一部分
SZ	用掉的内存的大小
WCHAN	当前进程是否正在运行，若为“-”表示正在进行
TTY	登陆者的终端位置
TIME	用掉的CPU的时间
CMD	所执行的指令

（3）使用ps -aux命令查看信息，结果如下：

图2.3

参数如下图所示：

图2.4

这些参数所表示的意义为：

参数名	含义
USER	进程的属主
PID	进程ID
PPID	父进程ID
%CPU	进程占用的CPU百分比
%MEM	占用内存的百分比
NI	NICE值，数值大，表示较少占用CPU时间
VSZ	发进程使用的虚拟内存量（KB）
RSS	该进程占用的固定内存量（KB）（驻留中页的数量）
TTY	该进程在哪个终端上运行，若与终端无关，则显示“？”；若为pts/0等，则表示由网络连接主机进程
WCHAN	当前进程是否正在进行，若为“-”表示正在进行
START	该进程的启动时间
TIME	占用CPU的时间
COMMAND	命令的名称和参数

3

（1）由题图可编写如下程序：

#include "stdio.h"
#include "sys/types.h"
#include "unistd.h"
#include "stdlib.h"

int main(){
    pid_t p1,p2,p3,p4,p5;
    int cnt=0;
    while((p1=fork()) == -1);
    if(!p1){
        while((p2=fork()) == -1);
        if(!p2){
            while ((p4=fork())==-1);
            if (!p4){
                printf("Node p4 is p2's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
            }
            else{
                while ((p5=fork())==-1);
                if (!p5){
                    printf("Node p5 is p2's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
                }
            }
            printf("Node p2 is p1's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
        }
        else{
        while((p3=fork()) == -1);
        if(!p3){
            printf("Node p3 is p1's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
        }
    }
        printf("Node p1 is parent with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
    }
    return 0;
}

（2）分别运行两次该程序，可发现它们的输出顺序是不同的。或者说是随机的，但这个随机是在满足如上所示的进程树的情况下的“随机”，且仅是一个节点的左右节点会出现顺序的随机，不会出现“越级”的随机。

图3.1

4

（1）根据第三题的代码修改，为每个进程的输出加上无限循环**while(1)**即可：

#include "stdio.h"
#include "sys/types.h"
#include "unistd.h"
#include "stdlib.h"
#include <sys/time.h>
#include <assert.h>

int main(){
    pid_t p1,p2,p3,p4,p5;
    int cnt=0;
    while((p1=fork()) == -1);
    if(!p1){
        while((p2=fork()) == -1);
        if(!p2){
            while ((p4=fork())==-1);
            if (!p4){
        while(1){
                    printf("Node p4 is p2's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
        sleep(2);}
            }
            else{
                while ((p5=fork())==-1);
                if (!p5){
            while(1){
                        printf("Node p5 is p2's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
                sleep(2);}
                }
            }
        while(1){
            printf("Node p2 is p1's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
        sleep(2);

        //exit退出进程
        //exit(0);

        //使用段地址错误退出进程
        //int *ptr = (int *)0;
        //*ptr = 100;

        }
        }
        else{
        while((p3=fork()) == -1);
        if(!p3){
        while(1){
            printf("Node p3 is p1's child with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
        sleep(2);}
        }
    }
    while(1){
            printf("Node p1 is parent with pid %d, it's parent pid %d.\n",getpid(),getppid());
    sleep(2);}
    }
    return 0;
}

同第三题一样，它们内部的输出顺序是由略微不同的，但整体的输出是5个节点全部输出完成之后再进行下一回合的输出。sleep函数用于减慢输出速度便于观察。

图4.1

（2）使用kill -9终止进程2。首先，kill是Linux里非常常用的一个命令，其作用如同字面意思一样，用来“杀死”进程。而kill -n中的数字n表示信号编号(signnum)。默认参数下，kill发送SIGTERM（15）信号给进程，告诉进程需要被关闭，请自行停止运行并退出。而kill -9 发送SIGKILL信号给进程，告诉进程，你被终结了，请立刻退出。TERM(或数字9）表示“无条件终止”；因此 kill - 9 表示强制杀死该进程；与SIGTERM相比，这个信号不能被捕获或忽略，同时接收这个信号的进程在收到这个信号时不能执行任何清理。

图4.2

（3）使用exit()终止进程2。exit()函数为退出函数，将其放入p2的循环中即可。

图4.3

（4）使用段地址错误终止进程2。段错误就是指访问的内存超出了系统所给这个程序的内存空间，如（1）中代码所示，我们为进程2的无限循环加上一个“野指针”即可达到目的。

图4.4

（5）可以发现，通过各种方式“杀死”进程2之后，进程2不再存在，其子程序进程4和5却仍然存在，并能完成输出信息的任务，但其PPID变为1号进程的PPID。这是因为，调用fork产生一个子进程，同时父进程退出。我们所有后续工作都在子进程中完成。这样做我们可以交出控制台的控制权,并为子进程作为进程组长作准备;由于父进程已经先于子进程退出，会造成子进程没有父进程，变成一个孤儿进程（orphan）。每当系统发现一个孤儿进程，就会自动由1号进程收养它，这样，原先的子进程就会变成1号进程的子进程，即1360号进程。