本系列记录WHU《操作系统原理及安全》课程的一些资料，同时记录一些学习心得

这篇文章是第二章的作业，已经经过了GPT验证

（这章的作业写的有点赶……有些都是事后复现才弄好的……）

第一题

M个处理器，N个进程，处于运行态的进程个数可以是多少？处于就绪态和等待态的进程可以是多少？为什么？

第二题

① 编程补充完成课堂练习三个print问题

② 对于练习中的三行打印，如果把打印改成“%d,%d,%d\n”,getpid(),fork(),getpid()函数，结果会怎样？为什么？

第三题

这里目标是让execvp不能执行就行了。

具体原理见：https://www.bilibili.com/video/BV19C6CBVEAh

第四题

（这里最开始写错了，依然写清楚进程创建关系就行）

第五题

直接上代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int n = atoi(argv[1]);
    const char *name = "/shared_mem";
    int fd = shm_open(name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    ftruncate(fd, 1024);
    char *ptr = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0)
    {
        int len = 0;

        len += sprintf(ptr + len, "%d", n);
        while (n != 1)
        {
            if (n % 2 == 0)
            {
                n = n / 2;
            }
            else
            {
                n = 3 * n + 1;
            }
            len += sprintf(ptr + len, ", %d", n);
        }
        return 0;
    }
    else
    {
        wait(NULL);
    }
    printf("Now data: %s\n", ptr);
    munmap(ptr, 1024);
    shm_unlink(name);
    return 0;
}

这块后面重新学习了一遍，这里详细记载一下：

创建与使用共享内存

引用自：https://blog.csdn.net/ababab12345/article/details/102931841

Linux中共享内存通常用这几个函数

int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);
int shm_unlink(const char *name);
int ftruncate(int fd, off_t length);

shm_open

首先使用shm_open函数创建一个共享内存文件（共享内存实际上就是这个文件在内存中的页缓存）：

int fd = shm_open(name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);

参数作用如下：

const char *name ：要打开或创建的共享内存文件名，创建的默认均在/dev/shm 内，不用携带完整路径。

int oflag ：打开的文件操作属性：O_CREAT、O_RDWR、O_EXCL的按位或运算组合

具体含义与open函数相同，可供参考：

O_CREAT:在文件打开过程中创建新文件
O_RDONLY：以只读方式打开文件。
O_WRONLY：以只写方式打开文件。
O_RDWR：以读写方式打开文件。
O_APPEND：在文件末尾追加数据，而不是覆盖现有内容。
O_TRUNC：如果文件已经存在，将其截断 为空文件。
O_EXCL：与 O_CREAT 一起使用时，如果文件已经存在，则 open() 调用将失败。
O_SYNC：使文件写操作变为同步写入，即将数据立即写入磁盘。
O_NONBLOCK：以非阻塞方式打开文件，即使无法立即进行读写操作也不会被阻塞。

ftruncate

重置文件大小。实际上，任何open打开的文件都可以用这个函数，不限于shm_open打开的文件。

mmap

然后使mmap 将打开的共享内存文件映射到内存：

参考：https://man.cx/mmap

char *ptr = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

参数如下：

addr ：要将文件映射到的内存地址，一般应该传递NULL来由Linux内核指定。

length ：要映射的文件数据长度。

prot ：映射的内存区域的操作权限（保护属性），包括PROT_READ（只读）、PROT_WRITE（只写）、PROT_READ|PROT_WRITE（读写）

flags ：标志位参数，包括：MAP_SHARED、MAP_PRIVATE与MAP_ANONYMOUS。

MAP_SHARED: 建立共享，用于进程间通信，如果没有这个标志，则别的进程即使能打开文件，也看不到数据。

MAP_PRIVATE: 只有进程自己用的内存区域

MAP_ANONYMOUS: 匿名映射区（为附加属性，需要与或运算结合使用）

可另参考：https://chat.deepseek.com/share/39gv9rrfxjkslnagu6

此时创建的ptr就是共享内存。

munmap

解除内存映射，类似free()函数。

shm_unlink

删除共享内存映射文件。

总体而言，和传统C语言编程中的malloc和free的逻辑是十分类似的。

第六题

LINE C的输出是5。此时新的线程会对该进程中的value进行修改，同时因为执行了join所以也不用考虑条件竞争的问题。

LINE P的输出是0。因为这个进程没有创建新的进程，fork后栈空间也独立了，子进程不会影响父进程。

具体分析这里基本上又重新学习了一遍，这里是学习笔记：

参考：

Linux Manual：https://www.man7.org/linux/man-pages/man7/pthreads.7.html

Cppcheatsheet：https://cppcheatsheet.com/notes/os/os_thread.html

pthread_attr_init

这个函数用于初始化一个参数对象，可以用来规定线程分离状态、线程栈大小、调度策略和优先级等等，在示例里面这里面使用的就是默认设置。

参考：https://chat.deepseek.com/share/sw2ilbmrvikh4qopof

pthread_create

创建新线程的核心函数，函数原型如下：

int pthread_create(pthread_t *thread, 
                   const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void *), 
                   void *arg);

其中thread用于接收新线程的tid，attr为参数，start_routine为执行的函数的函数指针，arg为传给函数的指针。

运行的函数只能有一个类型为void *参数，如果要传入多个参数需定义数组、结构体等。

pthread_join

等待创建线程完成的函数，类似进程里面的 wait，函数原型如下：

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

其中thread指定要等待哪个进程，retval用于接收返回值。

pthread_exit

同正常C语言编程中的 exit(0); 一样，相当于强制结束整个线程，比较显然，就不多做解释了。

第一题

第二题

第三题

第四题

第五题