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合肥工业大学计算机学院操作系统实验五——进程的创建

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简介：
本实验为合肥工业大学计算机学院操作系统课程的一部分，旨在通过实践教授学生如何在Linux环境下创建和管理进程，加深对操作系统核心概念的理解。参与者将编写代码来实际操作进程控制，并观察其运行状态以增强理论知识的应用能力。 ### 合工大计算机学院操作系统实验五：进程的创建 **1. 实验目的与任务要求** 掌握在Linux系统中使用fork()和execve()这两个重要的系统调用进行子进程创建及新程序加载的方法，理解两者之间的区别。 通过调试跟踪fork()和execve()函数来加深对它们执行过程的理解。 本实验主要围绕操作系统中的核心概念——进程的创建展开。重点在于学习如何在Linux中使用fork()创建新的子进程以及利用execve()替换当前内存映像以加载并运行新程序的方法。 **2. fork系统调用** 当父进程通过调用fork()函数时，会复制自身的上下文（包括代码、数据和堆栈）到操作系统内核，并生成一个新的独立于原进程的子进程。这个过程可以在实验中通过设置断点进行单步调试来仔细观察。 **3. execve系统调用** execve()用于加载并执行新的程序，而不会创建新进程。它会替换当前内存空间中的内容以运行指定的新程序文件。在本次实验里，我们将编写一个简单的new.c程序，并通过gcc编译生成可执行文件后使用execve()来执行。 **4. 实验原理** 本实验基于Linux 0.11内核版本，在系统启动阶段涉及引导加载器（如bootsect.asm和setup.asm）以及初始化代码。Bochs模拟器被用来在不同硬件平台上进行Intel X86系统的操作与调试学习。 **5. 实验步骤** 学生需要首先克隆项目文件，并使用VSCode编写main.c以调用fork()来创建子进程，然后利用gdb工具设置断点观察其执行过程及查看相关的信息。接着再编写一个新程序new.c并应用execve()方法加载该程序，通过比较这两种函数的行为差异加深理解。 **6. 实验收获** 完成实验后，学生应当能够掌握基本的进程创建流程，并对fork()和execve()的操作有深入的理解以及它们如何影响到进程的状态与内存布局。此外还应具备了更强的问题排查能力和分析能力。 通过这个实践环节的学习, 学生可以更加清晰地理解操作系统中关于进程生命周期及程序执行动态过程的核心概念，为后续更复杂的技术学习打下坚实的基础。

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    本实验为合肥工业大学计算机学院操作系统课程的一部分，旨在通过实践教授学生如何在Linux环境下创建和管理进程，加深对操作系统核心概念的理解。参与者将编写代码来实际操作进程控制，并观察其运行状态以增强理论知识的应用能力。 ### 合工大计算机学院操作系统实验五：进程的创建 **1. 实验目的与任务要求** 掌握在Linux系统中使用fork()和execve()这两个重要的系统调用进行子进程创建及新程序加载的方法，理解两者之间的区别。 通过调试跟踪fork()和execve()函数来加深对它们执行过程的理解。 本实验主要围绕操作系统中的核心概念——进程的创建展开。重点在于学习如何在Linux中使用fork()创建新的子进程以及利用execve()替换当前内存映像以加载并运行新程序的方法。 **2. fork系统调用** 当父进程通过调用fork()函数时，会复制自身的上下文（包括代码、数据和堆栈）到操作系统内核，并生成一个新的独立于原进程的子进程。这个过程可以在实验中通过设置断点进行单步调试来仔细观察。 **3. execve系统调用** execve()用于加载并执行新的程序，而不会创建新进程。它会替换当前内存空间中的内容以运行指定的新程序文件。在本次实验里，我们将编写一个简单的new.c程序，并通过gcc编译生成可执行文件后使用execve()来执行。 **4. 实验原理** 本实验基于Linux 0.11内核版本，在系统启动阶段涉及引导加载器（如bootsect.asm和setup.asm）以及初始化代码。Bochs模拟器被用来在不同硬件平台上进行Intel X86系统的操作与调试学习。 **5. 实验步骤** 学生需要首先克隆项目文件，并使用VSCode编写main.c以调用fork()来创建子进程，然后利用gdb工具设置断点观察其执行过程及查看相关的信息。接着再编写一个新程序new.c并应用execve()方法加载该程序，通过比较这两种函数的行为差异加深理解。 **6. 实验收获** 完成实验后，学生应当能够掌握基本的进程创建流程，并对fork()和execve()的操作有深入的理解以及它们如何影响到进程的状态与内存布局。此外还应具备了更强的问题排查能力和分析能力。 通过这个实践环节的学习, 学生可以更加清晰地理解操作系统中关于进程生命周期及程序执行动态过程的核心概念，为后续更复杂的技术学习打下坚实的基础。
     
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    本实验报告出自合肥工业大学计算机专业学生之手，内容涵盖数据结构、算法设计与分析等课程的核心知识点及实践操作，旨在通过理论结合实际项目加深学习理解。 ### 合肥工业大学计算机专业实验报告知识点总结 #### 实验一：面向过程的简单程序设计 **1. 综合程序设计案例** 本案例通过一个综合性的程序来演示如何使用`switch-case`语句实现不同的数学函数计算。该程序允许用户输入一个题目编号以及相关的数值参数，然后根据编号执行相应的数学计算。 - **程序结构分析** - 使用`switch-case`语句来选择具体的计算逻辑。 - 使用标准库函数如`sin`, `cos`, `tan`, `sqrt`, `exp`, `log10`, `abs`等进行数学运算。 - 输入处理部分较为灵活，能够接受用户输入的题目编号及相应的参数值。 - **案例详解** - **Case 1**: 计算表达式`x + (97 + 98) * (99 - 100)`。 - **Case 2**: 计算表达式`\sqrt{1 + \frac{1}{x + \frac{1}{x}}}`。 - **Case 3**: 计算表达式`sin(x) + cos(x) + \frac{1}{tan(x)}`。 - **Case 4**: 计算表达式`e^{x+y} + e^{x-y}`。 - **Case 5**: 计算表达式`\log_{10}(1 + \sqrt{1 + x^2})`。 - **Case 6**: 计算表达式`|x^2 - y^2| + int(x - y)`。 - 如果输入的题目编号不在1-6之间，则提示用户重新输入。 **2. 字符与数值处理** 这部分包含两个子任务： - **任务 2.1**: 将小写字母转换为大写字母。 - 采用取模运算确定输入字符是否为小写字母。 - 通过ASCII码值的差异（32）实现大小写转换。 - **任务 2.2**: 判断一个数是否大于1000或小于1e3。 - 使用关系运算符进行判断。 **3. 数学问题解决** 这部分包括三个子任务： - **任务 3.1**: 根据圆的半径求其面积。 - 使用预定义宏`pi`来表示圆周率π。 - 公式：`area = pi * r * r`。 - **任务 3.2**: 求解两数的最大公约数（此子任务在原文中未提及，故在此补充）。 - 通过辗转相除法实现最大公约数的计算。 - **任务 3.3**: 逆序输出一个四位数的各个位上的数字。 - 使用取模和整数除法操作逐位取出数字。 - 按照从个位到千位的顺序输出。 #### 实验二：控制结构程序设计 **1. 控制结构的应用** 这部分通过几个实例展示了控制结构的设计方法。 - **案例 1.1**: 求解两数的最大公约数。 - 通过辗转相除法实现最大公约数的计算。 - **案例 1.2**: 求两个数相除的商和余数。 - 不使用传统的除法和求余运算，而是采用辗转相减法。 - **案例 1.3**: 输出特定字符串序列。 - 根据变量`i`的奇偶性输出字符`*`或`#`。 - **案例 1.4**: 输出特定格式的字符串。 - 通过字符串拼接实现输出格式化。 **2. 复杂控制结构示例** - **案例 2.1**: 根据输入数值的不同区间，执行不同的数学运算。 - 使用`if-else`语句结合条件判断。 - **案例 2.2**: - **2.2.1**: 求1至7的阶乘之和。 - 采用嵌套循环结构计算每个数的阶乘并累加。 - **2.2.2**: 计算特定函数的值。 - 使用递归函数计算阶乘。 - **案例 2.3**: 特殊格式输出。 - 使用标准库中的`iomanip`库来格式化输出。 ### 总结 通过上述实验案例的学习，学生不仅能够掌握C++语言的基本语法，还能深入了解面向过程编程思想下的控制结构设计方法。这些实验涵盖了基础的输入输出操作、简单的数学计算、字符处理以及更为复杂的控制结构应用。这对于初学者来说是非常宝贵的学习资料。