实验名称：

实验1Linux系统基础操作与Linux下C语言编程

实验2 创建进程

一. 实验目的

了解Linux系统，熟悉Linux系统基础操作

了解Linux系统下C语言程序的编写和编译过程

了解Linux系统下的编译工具Make

理解fork函数的使用，掌握如何创建子进程。

理解wait函数的功能，掌握如何等待子进程结束。

二. 实验环境及材料

2.1 硬件环境配置

CPU：

13th Gen Intel(R) Core(TM) i9-13900HX，4核（每个核1个线程），基础频率2419.200 MHz，L1缓存：192 KiB（数据），128 KiB（指令）；L2缓存：8 MiB；L3缓存：36 MiB。

内存：

总计1.9 GiB，已用959 MiB，空闲98 MiB，缓冲/缓存870 MiB，可用808 MiB。

硬盘：

总容量： 20 GiB

分区：

/boot/efi：512 MiB

/：19.5 GiB

挂载点： /media/elena/Ubuntu 20.04.2.0 LTS amd64（光盘驱动器，2.7 GiB）

2.2 软件名称、版本号及参数配置

操作系统：

Linux

仿真软件：

VMware Workstation 17Pro

三. 实验内容

3.1 实验设计

1.装机：参考以下两个网站，完成VMware Workstation 17Pro虚拟机的安装，并在虚拟机安装Ubuntu20.04                    https://zhuanlan.zhihu.com/p/685829787

https://blog.csdn.net/qq_45657288/article/details/116084337

2.熟悉Linux系统常用命令：15条基本操作语句

3.在Linux系统下尝试编写和编译C语言程序：编写一个简单的C程序，并用gcc命令执行

4.使用Linux系统下的编译工具Make：编写头文件greeting.h，自定义函数greeting.c，主函数myapp.c构成的C程序，根据这三个文件的依赖关系编写Makefile文件

5.编写并编译实验2代码示例。运行程序并观察输出，理解 fork 和 wait 的行为；分析程序输出，验证父子进程的工作独立性。

3.2 实验实施

3.2.1 Linux系统基础操作

参照网站，完成虚拟机以及Ubuntu安装，测试网络，成功ping通，表示已正常安装。

下图是装机成功后画面， 输入设定的用户密码后进入系统，显示桌面。

Linux系统最重要的是“终端”，终端既可以通过“显示应用信息”打开，

也可以通过快捷键“ctrl+alt+t”打开。

命令打破了使用Windows时一个鼠标“一点到底”的简单乏味， 它提供给用户更大的灵活性与想象空间,已成为Linux的魅力所在。

下面熟悉该系统。

1.Linux文件系统

Windows操作系统的设计初衷是单用户操作系统，而Unix和Linux操作系统的设计初衷是多用户操作系统。

Ubuntu没有盘的概念，只有一个根目录/ ，所有文件都在它下面。

2.Linux主要目录

（1）/

根目录                    在linux下有且只有一个根目录

（2）/home

系统默认的用户家目录

（3）/etc

系统配置文件存放的目录

（4）/bin

保存可执行二进制文件的目录，如常用的ls、tar、mv、cat等。

3.Linux基础命令

终端命令格式：

command [-options] [parameter]

command：命令名

[-options]：选项，可对命令进行控制，也可省略

[parameter]：传给命令的参数，也可省略

command --help

显示command命令的帮助信息

【注】：

.代表当前目录

. .代表上一级目录

4.Linux常用的15个基础命令

（1）.cd命令

功能：change directory，改变工作目录

（2）pwd命令

功能：print work directory，显示当前工作目录的绝对路径

（3）mkdir命令

功能：make directory，创建新的文件夹test

（4）ls命令

功能：list，列出目录的全部内容

（5）touch命令

功能：touch，如果文件不存在，则创建新的文件；如果文件存在，则修改文件的修改日期                    （6）mv命令

功能：move，移动文件，也可给文件或目录重命名

（7）cp命令

功能：copy，拷贝

（8）rm命令

功能：remove，删除文件或文件夹，不能恢复

（9）sudo命令

功能：substitute user do用于提升用户权限，以管理员方式运行 sudo su -切换至管理员

（10）clear命令

功能：clear，清屏

（11）tree命令

功能：tree，以树状图列出文件目录结构

（12）cat命令

功能：concatenate，查看文件内容、创建文件、文件合并、追加文件内容等功能

（13）more命令

功能：more，分屏显示文件内容，每次只显示一页内容

（14）grep命令

功能：grep，文本搜索工具

（15）echo命令

功能：echo，在终端中显示参数指定的文字

3.2.2 Linux系统下C语言程序的编写和编译

Linux中包含了很多软件开发工具。它们中的很多是用于C和C++应用程序开发的。

C是一种能在UNIX的早期就被广泛使用的通用编程语言。它最早是由Bell实验室的Dennis Ritchie为了UNIX的辅助开发而写的，从此C就成为世界上使用最广泛的计算机语言。

C能在编程领域里得到如此广泛支持的原因有：

（1）它是一种非常通用的语言，并且它的语法和函数库在不同的平台上都是统一的，对开发者非常有吸引力；

（2）用C写的程序执行速度很快；

（3）C是所有版本UNIX上的系统语言；

1.打开编辑器，写代码

Linux系统上有很多编辑器我们可以去直接使用，首先，我们打开命令提示符 Ctrl+Alt+T

然后输入  gedit main.c （表示打开编辑器，编辑一个名字为main.c的文件）

此时我们已经进入到main.c文件上面，这时候我们可以去编写C语言了，下面写了一个C语言的简单加减乘除计算器。写完了之后点击保存。

此时我们点开主目录后，会看到这里有一个main.c的文件。

2.编译运行文件

Linux上可用的C编译器是GNUC编译器，它建立在自由软件基金会编程许可证的基础上，因此可以自由发布。

Linux上的GNUC编译器（GCC）是一个全功能的ANCIC兼容编译器，而一般UNIX（如SCOUNIX）用的编译器是CC。下面介绍GCC和一些GCC编译器最常用的选项。

（1）使用GCC

通常后跟一些选项和文件名来使用GCC编译器。GCC命令的基本用法如下：

gcc [options] [filenames]

命令行选项指定的编译过程中的具体操作

（2）GCC常用选项

GCC有超过100个的编译选项可用，这些选项中的许多可能永远都不会用到，但一些主要的选项将会频繁使用。很多的GCC选项包括一个以上的字符，因此必须为每个选项指定各自的连字符，并且就像大多数LINUX 命令一样不能在一个单独的连字符后跟一组选项。例如，下面的命令是不同的：

gcc-p-gtest.c

gcc-pgtest.c

第一条命令告诉GCC编译test.c时为prof命令建立剖析（profile）信息并且把调试信息加入到可执行文件里。第二条命令告诉GCC只为gprof命令建立剖析信息。

当不用任何选项编译一个程序时，GCC将建立（假定编译成功）一个名为a.out的可执行文件。例如，

gcctest.c

编译成功后，当前目录下就产生了一个a.out文件。

也可用-o选项来为即将产生的可执行文件指定一个文件名来代替a.out。例如：

gcc–ocountcount.c

此时得到的可执行文件就不再是a.out，而是count。

GCC也可以指定编译器处理步骤多少。-c选项告诉GCC仅把源代码编译为目标代码而跳过汇编和连接步骤。这个选项使用得非常频繁因为它编译多个C程序时速度更快且更易于管理。默认时GCC建立的目标代码文件有一个.o的扩展名。

（3）执行文件

格式：./可执行文件名

例：./a.out ./count

保存了C语言文件之后，我们直接去通过gcc指令去编译运行文件，然后再通过./ 的方式来去执行结果。首先输入 gcc -o main main.c 指令，表示编译运行,此时会生成一个执行文件main

然后输入 ./main表示执行文件main。然后根据代码进行输入输出结果。

3.2.3 Linux系统下的编译工具Make

打开终端，用touch命令创建文件

依次编写三个文件中的内容：

创建Makefile文件，用于编译一个包含两个源文件（myapp.c 和 greeting.c）的 C 程序，定义了生成可执行文件 myapp 的规则，并通过 clean 命令清理编译生成的中间文件。

使用make和./myapp语句执行，可以看到执行结果（中间出现语法错误，打开调整即可）。

这样就成功使用make工具进行了编译。

3.2.4 进程的创建

1.用touch命令创建文件

2.编写代码示例

(1)使用 fork 函数创建进程(fork01.c)

(2)分离父子进程工作内容(fork02.c)

(3)使用 wait 函数等待子进程(fork03.c)

(4)父进程也加入计算内容(fork04.c)

3.编译代码

4.运行程序并观察输出

(1)fork01

父进程和子进程的地址空间在创建时是相同的，但对共享变量的修改（如MyStr）在父子进程中是独立的。

输出中可看到父进程和子进程的pid，以及它们各自输出的内容，这表明它们是独立执行的。

(2)fork02

在此示例中，父进程和子进程被分配了不同的任务，分别由ChildProcess和ParentProcess函数执行。

输出表明，子进程和父进程的输出是交错的，显示了它们在执行过程中的并行性。

(3)fork03

该示例演示了父进程如何使用wait()函数等待子进程结束。父进程在两个子进程结束后输出相应的消息。

wait()函数确保父进程在子进程执行完毕后再继续执行，有助于管理子进程的生命周期。

(4)fork04

在此示例中，父进程在子进程运行时也执行计算任务（查找阿姆斯特朗数）。父子进程并行执行各自的任务。

输出显示了父进程的计算结果，并在最后输出所有子进程结束的消息。

5.通过这个实验，可以体会出fork和wait函数各自的作用：                    (1)fork函数：

创建子进程：fork函数用于创建一个新进程（子进程），它是调用进程（父进程）的副本。子进程继承了父进程的资源，包括内存、打开的文件描述符等，但它们的执行是独立的。

返回值的判断：fork返回值的不同用于区分父进程和子进程：

在父进程中，返回的是子进程的PID（进程ID）。

在子进程中，返回值为0。

若返回值为负值，则表示创建子进程失败。

并行执行：父进程和子进程是并行执行的，输出结果可能会交错，显示它们的并发性。这种特性使得程序可以同时处理多个任务，提高效率。

(2)wait函数：

进程同步：wait函数用于阻塞父进程，直到一个或多个子进程结束。这是进程间同步的一种方式，确保父进程在继续执行之前等待子进程的完成，避免出现孤儿进程。

获取子进程状态：通过wait函数，父进程可以获取子进程的退出状态，帮助判断子进程是否正常结束或是否出现错误。这对于错误处理和资源管理至关重要。

资源回收：使用wait可以有效地回收子进程的资源，防止内存泄漏和资源浪费。这对于系统的稳定性和性能都非常重要。

3.3 实验数据分析

实验中遇到错误如下：

1.rm、cp等涉及移动文件的命令执行时，会出现路径错误，这是由于路径未指代或指代不明造成的

2.执行tree命令报错，依照提示安装即可

3.使用make编译时出现中间报错，经查是由于语法错误

四、实验思考

在本次实验中，我全面学习了Linux系统的基础操作，深入了解了Linux系统下的C语言编程流程，并掌握了Makefile这一强大的编译工具。通过实际动手操作，我对Linux系统的命令行有了更深刻的理解，感受到其灵活性和强大功能，尤其是在编译和构建过程中，命令行工具提供了极大的便利。

在Linux系统基础操作方面，我掌握了虚拟机VMware Workstation 17 Pro的安装和Ubuntu 20.04的配置，成功搭建起了实验环境。通过学习和实践Linux的常用命令，如cd、pwd、mkdir、ls、touch、mv、cp、rm、sudo、clear、tree、cat、more、grep和echo等，我能够高效地在Linux系统中进行文件管理和目录导航。这些基础命令的学习和使用，为我后续的实验操作打下了坚实的基础。

在Linux系统下的C语言编程方面，我学习了如何在Linux环境中编写、编译和运行C语言程序。通过GCC编译器，我能够将C语言源代码编译成可执行文件，并通过终端运行这些程序。在这个过程中，我深刻体会到了C语言作为一种高效、通用的编程语言在UNIX和Linux系统中的广泛应用。此外，我还学习了如何使用Makefile来管理C语言程序的编译过程，Makefile能够自动化地处理文件间的依赖关系，极大地提高了编译效率。

在进程的创建和管理方面，我通过编写和使用fork和wait函数，深入理解了Linux系统中进程的创建和同步机制。fork函数用于创建一个新进程（子进程），它是调用进程（父进程）的副本。通过fork函数，我能够并行地执行多个任务，提高了程序的执行效率。而wait函数则用于阻塞父进程，直到一个或多个子进程结束，从而确保父进程在继续执行之前等待子进程的完成。这种进程同步机制对于避免孤儿进程、回收子进程资源以及提高系统的稳定性和性能都非常重要。

在实验过程中，我也遇到了一些问题和挑战。例如，在执行rm、cp等涉及文件移动的命令时，由于路径指代不明或错误，导致命令无法正确执行。此外，在执行tree命令时，由于系统中未安装该命令，需要按照提示进行安装。在使用make编译时，也出现过语法错误等问题。这些问题和挑战促使我不断查阅相关资料和文档，加深对Linux系统和C语言编程的理解。