操作系统1实验复习

系统调用

程序接口就是系统调用
系统调用是通过中断机制实现的（通过软中断进入）
系统调用与一般调用的区别：

  1. 运行在不同系统状态。调用系统调用的程序在用户态，系统调用被调用的程序运行在内核态（系统态）
  2. 通过软中断进入。系统调用会涉及到系统状态的转换，因此需要执行访管指令（陷入指令）由软中断（陷入机制）转向对应的系统调用处理程序,同时CPU执行状态从用户态转换为系统态。
  3. 返回问题。通过中断返回指令退出，结束系统调用后，要分析原进程的优先级，如果有比它优先级更高的，则会将该进程放到就绪队列。
  4. 系统调用可以嵌套调用

特权指令：在系统态运行的指令。对内存空间的访问范围不受限制，可以访问用户空间和系统空间。只允许OS使用，不允许应用程序使用，避免引起混乱。
非特权指令：用户态运行的指令。应用程序使用的都是非特权指令，只能完成一般任务和操作，不能对系统中的硬件和软件进行直接访问，只能访问内存中的用户空间，避免应用程序运行异常而对系统产生破坏。
特权指令与非特权指令的限制是由硬件实现的。

  • 内核态/系统态/管态：较高特权，执行一切指令，包括特权指令
  • 用户态/目态：较低特权，只能运行应用程序、非特权指令
    内核态->用户态：执行一条特权指令，修改PSW为用户态
    用户态->内核态：由中断引发（硬件完成“变态”）

中断：使CPU由用户态变为内核态，使OS内核重新夺回对于CPU的控制权

中断类型：

  • 内中断（软中断）：与当前执行指令有关
    • 异常 由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。
    • 陷入 在用户程序中使用系统调用。
  • 外中断：由 CPU 执行指令以外的事件引起
    如 I/O 完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。

中断处理程序一定是内核程序，运行在内核态

进程管理

fork

参考资料
fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，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；
fork是把进程当前的情况拷贝一份，执行fork时，进程已经执行完了int count=0;fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。
fork之后，子进程会拷贝父进程的数据空间、堆和栈空间（实际上是采用写时复制技术），二者共享代码段。

所以在子进程中修改全局变量（局部变量，分配在堆上的内存同样也是）后，父进程的相同的全局变量不会改变。

wait

等待子进程结束
函数功能是: 父进程一旦调用了wait就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回;如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。
wait()函数成功返回等待子进程的pid，失败返回-1

exec

参考
调用exec函数之后，进程会被新程序替代，除了进程标识号不变，此外新进程复制的旧进程的其它信息（代码、数据、栈等）均被新程序的信息替代，新程序从自己的main开始运行。

  • fork函数是用于创建一个子进程，该子进程几乎是父进程的副本，而有时我们希望子进程去执行另外的程序，exec函数族就提供了一个在进程中启动另一个程序执行的方法。
  • exec类函数共有6种，只有execve是系统调用，六种函数的参数各不相同，逐个分析
    • ‘l’:list,列表,调用带有l的exec函数，需要将参数全部列出来注意l一定要带上NULL
    • ‘v’:vector,数组,调用带有v的exec函数,需要将参数存到一个指针数组中，再把数组首地址给函数
    • ‘p’:path,环境变量,调用带有p的exec函数,需要保证将要跳转到程序在环境变量PATH中（不在PATH中函数调用会失败）
    • ‘e’:environment,环境变量
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    #include <unistd.h>` //exec函数族的头文件
    int execl(const char *path, const char *arg, ...);
    int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
    int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
    int execv(const char *path, char *const argv[]);
    int execvp(const char *file, char *const argv[]);

常用的是execlp

  • execlp和execl的区别在于，execlp在第一个参数时候，不需要全路径，只需要写上执行命令的文件名即可，表示你需要执行谁，往后的参数也就是和execl的传参一样；
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// execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
    execlp("ls","ls","-a","-l",NULL); //等价上面的execl()
	//虽然这里的第一个参数和第二个参数都一样，但是含义不一样；
	//第一个参数表示iexeclp函数要执行命令的路径文件名，
	//第二个参数表示execlp在命令行上如何执行该命令

如果调用的execl，那么第一个ls就要换成/user/bin/ls,之后的参数可以理解为传递一整个argv(argv[0]是程序名，之后是参数)

在使用exec函数族时，一定要加上错误判断语句。因为exec很容易执行失败，其中最常见的原因有：

  1. 找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT。
  2. 数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT。
  3. 没有对应可执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。

进程睡眠

头文件：#include <unistd.h>

定义函数：unsigned int sleep(unsigned int seconds);

函数说明：sleep()会令目前的进程暂停, 直到达到参数seconds 所指定的时间, 或是被信号所中断.

返回值：若进程/线程挂起到参数所指定的时间则返回0，若有信号中断则返回剩余秒数。

结束进程

三种正常结束，两种异常终止
正常：

  1. main函数return=调用exit
  2. 调用exit函数
  3. 调用_exit函数
    异常终止：
  4. 调用abort
  5. 进程收到特定信号

执行命令行

system()
（用fork，exec和waitpid三个系统调用实现的）

暂停当前进程

pause()暂停运行直至收到了某个信号为止

信号处理

signal

系统调用signal是进程用来设定某个信号的处理方法，系统调用kill是用来发送信号给指定进程的。这 两个调用可以形成信号的基本操作。
signal为指定信号安装新的处理句柄。可以自定义16、17号信号
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
参数：

  1. signum表示要处理的信号类型
  2. handler：描述与信号相关的动作，有三种情况
  • 一个处理函数，函数结束后，进程返回被中断的点继续执行
  • SIG_IGN：忽略参数signum所指的信号。
  • SIG_DFL：恢复参数signum所指信号的处理方法为默认值。

kill

系统调用kill用来向进程发送一个信号。该调用声明的格式如下：
int kill(pid_t pid, int sig);
参数：

  1. pid：
    • 大于 0 的整数：表示发送信号给具有该 PID 的单个进程。
    • 等于 0：表示发送信号给与调用进程属于同一进程组的所有进程。也就是调用kill函数的这个进程组的进程都会接受到这个信号。
    • 等于 -1：表示发送信号给除了调用进程和 init 进程（PID 为 1）以外的所有进程。通常情况下，这需要调用进程拥有特定权限，例如 root 用户权限。
    • 小于 -1 的整数：表示发送信号给进程组 ID 等于 pid 绝对值的所有进程。换句话说，如果 pid 是 -N（N > 1），则信号将发送给进程组 ID 为 N 的所有进程。
  2. sig：要发送的信号的编号
    sig 参数可以是整数信号代码，也可以是预定义的信号常量
    其中，SIGKILL（9）：杀死信号，强制结束进程，进程无法捕获或忽略此信号。
    如果发送信号为0，则没有任何信号发出，但是系统会进行错误检查，执行0来检验某个进程是否在执行。

成功执行会返回0，失败返回1

需要注意以下几点：

  1. 该进程有向指定进程发送信号的权限
  2. 系统进程不能接收信号，例如init进程
  3. 根用户可以向系统内任意进程发信号，因经根用户可以杀死任何恶意进程，同时得到根用户权限的恶意进程亦可以杀死系统内其它的进程

文件处理

打开文件 open
关闭文件 close

管道

建立管道 pipe

参考
int pipe(int filedes[2]);
在创建一个管道后，会获得一对文件描述符，用于读取和写入，然后将参数数组filedes中的两个值传递给获取到的两个文件描述符，filedes[0]指向管道的读端，filedes[1]指向写端。
pipe()函数调用成功，返回值为0；否则返回-1

pipe()函数实现管道通信【图】
（1）在父进程中调用pipe()函数创建一个管道，产生一个文件描述符filedes[0]指向管道的读端和另一个文件描述符filedes[1]指向管道的写端。
（2）在父进程中调用fork()函数创建一个一模一样的新进程，也就是所谓的子进程。父进程的文件描述符一个指向读端，一个指向写端。子进程同理。
（3）在父进程关闭指向管道写端的文件描述符filedes[1]，在子进程中，关闭指向管道读端的文件描述符filedes[0]。此时，就可以将子进程中的某个数据写入到管道，然后在父进程中，将此数据读出来。

发送信息write

int write(int fd, void *buf, size_t count);
buf种长度为count的消息写入文件描述符fd中
成功0，失败-1

接收信息read

int read(int fd, void *buf, size_t count);
从文件描述符fd中读取count字符给buf
成功0，失败-1

进程间互斥 lockf

int loackf(files,fonuction,size)
files 文件描述符
function 锁定和解锁模式
size 锁定解锁的字节数，0表示从当前位置到文件尾部

IPC系统调用

IPC 进程间通信

常用命令

文件操作命令：

  1. 显示文件内容：cat cat filename1 filename2
    按照指定顺序把文件名送到屏幕显示

  2. 复制文件：cp cp source target

  3. 改名 mv mv oldname newname老名字改成新名字/移动到不同目录下

  4. 撤销文件命令 rm

  5. 确定文件类型命令：file 在屏幕上显示文件类型

目录操作命令

  1. 建立目录 mkdir(md)
  2. 撤销目录 rmdir(rd)
  3. 改变当前工作目录路径 cd

系统询问命令

  1. date 访问当前日期
  2. who 询问系统当前用户名
  3. pwd 显示当前目录路径名

重定向符
<输入转向 >输出转向
cat file1>file2
把file1内容输出到file2中（本来是在标准输出里）
wc 对标准输入中的行中字和字符进行计数
wc<file3 把file3中的内容作为wc的输入，即把文件从file3中读出的行中的字和字符进行计数
>>输出转向符：用于把内容附加到文件末尾
a.out<file1>file0a.out执行时从file1中提取数据，然后执行的结果输出到file0里

管道命令
符号|链接两条命令，前一条命令的输出作为后一条命令的输入
cat file | wc用命令cat把file中的内容取出并作为wc的输入

ps 报告进程的状态，类似于 windows 的任务管理器。
pstree 查看进程家族树
ps -ef | grep php 显示与php有关的进程
grep若当中有我们所需要的信息，就将该行显示出来，该命令通常与管道命令一起使用，用于对一些命令的输出进行筛选加工等等

注意，重定向不会运行命令，管道命令才会运行命令

计算机基础 > 操作系统
#StudySHUSHU
操作系统1实验复习
https://mapllle.site/2023/10/16/StudySHUSHU/OS/OSexp/
作者
MAple
发布于
2023年10月16日
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