FZU作業系統課程實驗實驗一

自己的理解，不一定對，僅供參考，勿copy哦！雷同就一起掛了

實驗1

【實驗名稱】：並發程式設計（實驗1）

【實驗目的】：掌握在程式中建立新進程的方法， 觀察並理解多道程式並發執行的現象。

【實驗原理】：fork():建立子進程。子進程得到父進程地址空間的一個複製。

傳回值：成功時，該函數被調用一次，但返回兩次，fork（）對子進程返回0，對父進程返回子進程標識符（非0值）。不成功時對父進程返回-1，沒有子進程。

【實驗內容】：首先分析一下程式運行時其輸出結果有哪幾種可能性，然後實際調試該程式觀察其實際輸出情況，比較兩者的差異，分析其中的原因。

void main (void)

{

int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

printf (“%d\n”,x);

}

else

printf(“%d\n”,x);

printf((“%d\n”,x);

}

【實驗要求】：每個同學必須獨立完成本實驗、提交實驗報告、來源程式和可執行程式。實驗報告中必須包含預計的實驗結果，關鍵代碼的分析，調試記錄，實際的實驗結果，實驗結果分析等內容。

一．關鍵程式碼分析

一個現有進程可以調用fork函數建立一個新進程。由fork建立的新進程被稱為子進程（child process）。fork函數被調用一次但返回兩次。兩次返回的唯一區別是子進程中返回0值而父進程中返回子進程ID。

子進程是父進程的副本，它將獲得父進程資料空間、堆、棧等資源的副本。注意，子進程持有的是上述儲存空間的“副本”，這意味著父子進程間不共用這些儲存空間。

也就是說，當程式運行到if條件判斷運行fork（）函數後，父進程啟動並執行是條件成立成立的代碼，即

x+=30;

printf (“%d\n”,x);

子進程啟動並執行是條件不成立的代碼，即

printf(“%d\n”,x);

根據並發執行的工作方式及特徵，我們預計可能的實驗結果如下：

二．預計實驗結果

猜測有6種情況（其實就是這4個數的全排列）

35	35	35	5	5	5
35	5	5	5	35	35
5	35	5	35	5	35
5	5	35	35	35	5

三．調試記錄

1. 先建立一個.c為尾碼的文檔，如test.c

2. 編輯來源程式：

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

void main (void)

{

int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

printf (“%d\n”,x);

}

else

printf(“%d\n”,x);

printf((“%d\n”,x);

}

3. 在命令列下編輯 gcc –o test.out test.c

然後編輯 ./test.out

運行程式

4. 實際實驗結果：

35

35

（一串字元命令，省略）5

5

（PS：那段字元命令，父進程運行完就會出現，所以都是在輸出兩個35後出現）

重複步驟3，N次後發現還是這個結果。

四．實驗結果分析

老師說其它結果的出現是小機率事件。我們不敢苟同，這都基本上可以當不可能事件處理了。

於是我們猜測，這個跟傳說中的時間片有關。

因為這個程式運行所需的時間實在是太短，預設先啟動並執行父進程完全可以在系統給定的時間片內運行完，如果沒有出現什麼其他情況而掛起，子進程就只能等到父進程運行完後才能運行。

所以呢，當然就只有一種情況了。

五．實驗結果處理

不過，我們可以利用時間片的特性製造出6種結果。

主角登場了，sleep(1) 延時一秒函數

可以把延時函數理解為一段要運行1秒的代碼。下面的提到的進程，都是因在這段延時代碼中運行時進程時間片用完掛起（假設在這個延時代碼中運行了0.6秒），再次調度回來時，只要再運行0.4秒就可以了跳出這個延時函數了。

第一種：

因為預設先啟動並執行是父進程（我用的系統是這樣），我們感覺對子進程太不公平了，所以我們製造的第一種情況的源碼是：

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

void main (void)

{ int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

sleep(1);

printf (“%d\n”,x);

}

else

printf(“%d\n”,x);

printf((“%d\n”,x);

}

我們猜測時間片是0.6秒，不管對不對，重點是分析。

父進程運行0.6秒後，時間片用完掛起，調度運行子進程，子進程運行完後調度回父進程接著運行。所以我們猜測結果是

5

5

35

35

（一串字元命令，省略）

哇塞，運行完也是！

第二種：

這裡我們突然想到如果在子進程前也加個延時函數會怎樣，

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

void main (void)

{ int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

sleep(1);

printf (“%d\n”,x);

}

else {

sleep(1);

printf(“%d\n”,x);

}

printf((“%d\n”,x);

}

不過，這個只能調試完再根據答案去分析，因為我們也不知道真正的時間片是多少，只是猜測。運行結果為

35

35

（一串字元命令，省略）5

5

我們繼續假設時間片為0.6秒，父進程運行0.6秒後掛起，輪到子進程運行0.6秒後也掛起，調度回父進程繼續運行，因為之前已經運行了0.6秒，所以這次調度時間片就夠用了。假設成立

 

所以，以下都是假設時間片為0.6秒，這個時間是很合理的。

第三種：

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

void main (void)

{

int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

sleep(1);

printf (“%d\n”,x);

}

else {

printf(“%d\n”,x);

sleep(1);

}

printf((“%d\n”,x);

}

與前面的分析類似，父進程運行0.6秒後掛起，調度子進程會先運行第一條指令輸出x為5，然後進入延時函數運行0.6秒（前面運行1條指令的時間可以忽略不計）後掛起，調度回父進程運行完，再調度回子進程。所以輸出為

5

35

35

（一串字元應該是提示輸入的命令，省略）5

 

第四種：

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

void main (void)

{ int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

printf (“%d\n”,x);

sleep(1);

}

else {

printf(“%d\n”,x);

sleep(1);

}

printf((“%d\n”,x);

}

分析同上，輸出結果為

35

5

35

（一串字元命令，省略）5

第五種:

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

void main (void)

{ int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

printf (“%d\n”,x);

sleep(1);

}

else {

printf(“%d\n”,x);

}

printf((“%d\n”,x);

}

運行結果為,

35

5

5

35

(一串字元命令，省略)

第六種：

仔細看下上面5種情況，會發現還有種比較奇葩的沒有出現。

5

35

5

35

（一串字元命令，省略）

需要從父進程(延時掛起)->子進程（輸出然後延時掛起）->父進程（延時然後輸出然後再延時掛起）->子進程（輸出結束進程）->父進程（延時然後輸出結束進程），代碼為

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

void main (void)

{ int x=5;

if( fork( ) )

{

x+=30;

sleep(1);

printf (“%d\n”,x);

sleep(1);

}

else {

printf(“%d\n”,x);

sleep(1);

}

printf((“%d\n”,x);

}