Linux环境下操作系统实验：进程创建与控制

Block，PCB），它是操作系统用来记录和控制进程状态、资源分配等信息的数据结构。当创建一个新进程时，操作系统会为这个新进程分配一个PCB，并在其中记录进程的ID、优先级、内存分配情况、上下文信息（如寄存器状态）以及进程的状态（如就绪、运行、等待）。在实验中，我们将使用`fork()`系统调用来创建一个新进程，这个调用会返回两次，一次在父进程中返回子进程的ID，一次在子进程中返回0。 `fork()`调用是Unix/Linux系统中的核心功能，它通过复制当前进程的PCB来创建子进程。这意味着子进程将继承父进程的所有资源，包括打开的文件、环境变量和内存空间。不过， fork()之后，父进程和子进程的执行是并发的，它们各自拥有独立的执行路径。为了区分父进程和子进程，通常会在`fork()`之后根据返回值进行不同的操作。 在进程的控制部分，我们需要理解和掌握`execl()`、`exit()`和`wait()`系统调用。`execl()`用于替换当前进程的映像，加载并执行新的程序，例如在实验中模拟调用`/bin/echo`。`exit()`则是进程结束时调用，它会清理进程资源并通知父进程。而`wait()`则用于父进程等待子进程结束，它可以获取子进程的退出状态。 实验中提到的并发与并行的概念是操作系统理论中的基础。并发是指在一段时间内，多个任务交替执行，给人以同时执行的错觉。并行则是指多个任务确实同时执行，这通常发生在多处理器或多核系统中。在单CPU系统中，由于硬件限制，并发实际上是以时间片轮转的方式实现的，而在多CPU系统中，多个进程可以真正地同时在不同处理器上运行。 进程间的通信是操作系统中另一个重要的主题。在Linux中，有多种通信机制，如管道（pipe）、信号量（semaphore）、消息队列（message queue）、共享内存（shared memory）等。虽然实验没有具体涉及，但了解这些通信方式可以帮助我们理解如何解决进程间的同步和互斥问题，避免竞态条件（race condition）和死锁（deadlock）的发生。 在准备知识部分，阅读Linux的`sched.h`和`fork.c`源文件是非常有价值的。`sched.h`包含了调度相关的定义和数据结构，比如调度策略和调度类，这些是操作系统如何决定哪个进程应该运行的重要信息。而`fork.c`则是`fork()`系统调用的具体实现，从中我们可以深入理解进程是如何被创建和复制的。 这个实验旨在帮助学生深入理解操作系统的进程管理机制，包括进程的创建、控制、并发执行以及进程间通信的基础。通过实践，学生将能够更好地掌握这些核心概念，并具备解决实际问题的能力。