操作系统实验一·创建进程_操作系统进程的创建实验

Use system calls to implement a “mytime” command to run an executable program through the command line parameter. Create a new process to run this executable program and record the running time of that program. Implement a Windows version and a Linux version.

1实验目的

使用系统调用实现“mytime”命令，通过命令行参数运行可执行程序。创建一个新进程来运行此可执行程序，并记录该程序的运行时间。实现Windows版本和Linux版本。

2实验内容：

2.1Windows实现

•使用CreateProcess（）创建新流程
•在“mytime”命令中使用WaitForSingleObject（）与创建的进程同步。
•使用GetSystemTime（）获取时间。

2.2Linux实现

•使用fork（）/execv（）创建新流程
•使用wait（）等待创建的进程结束。
•使用gettimeofday（）获取当前时间。

3实验环境

3.1Windows

操作系统：Windows 10
处理器：AMD 3800X

3.2Linux虚拟机

操作系统：Ubantu 20.04.3
虚拟机软件：VMware Workstation 15
虚拟处理器：1个6核

4程序设计和实现

4.1Windows实现

4.1.1函数解释

CreateProcess()函数创建进程并为进程指定运行程序。其语句调用如下：
BOOL CreateProcess(LPCTSTR lpApplicationName, LPTSTR lpCommandLine,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
BOOL bInheritHandles, DWORD dwCreationFlag,
LPVOID lpEnvironment, LPCTSTR lpCurrentDirectory,
LPSTARTUPINFO lpStartupInfo,
LPPROCESS_INFORMTION lpProcessInformation);
几个有用到的参数。
lpApplication：该参数指定新进程将使用的可执行文件
lpCommandLine：该参数指定里传递给新进程的命令行字符串，该函数将按照一定的顺序搜索该可执行文件位置，并执行
lpProcessInformation：该参数是只想包含返回的进程和线程的句柄、进程和线程标识符的指针。在等待同步函数中需要从该结构中调取句柄信息

我使用的是：
CreateProcess
(NULL, //不在此指定可执行文件的文件名
argv[1], //命令行参数
NULL, //默认进程安全性
NULL, //默认线程安全性
FALSE, //当前进程内的句柄不可以被子进程继承
CREATE_NEW_CONSOLE, //为新进程创建一个新的控制台窗口
NULL, //使用本进程的环境变量
NULL, //使用本进程的驱动器和目录
&si, //父进程传给子进程的一些信息
&pi //保存新进程信息的结构
)

WaitForSingleObject()进程等待同步函数使父进程等待子进程，函数描述如下：
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,DWORD dwMilliseconds);
其中，参数hHandle为等待对象的句柄，实验中通过lpProcessInformation.hProcess给出，dwMillisenconds是以毫秒为单位的等待时间，由于本实验等待子进程完全结束，于是给定值为无限，即INFINITE。

typedef struct_PROCESS_INFORMATION
{　　HANDLE hProcess;　　
HANDLE hThread;　
　DWORD dwProcessId;　
　DWORD dwThreadId;　　
}PROCESS_INFORMATION;　　
其中成员含义如下。　
① hProcess：返回新进程的句柄。　　
② hThread：返回主线程的句柄。　
③ dwProcessId：返回一个全局进程标识符。该标识符用于标识一个进程。从进程被　　创建到终止，该值始终有效。　
④ dwThreadId：返回一个全局线程标识符。该标识符用于标识一个线程。从线程被创　　建到终止，该值始终有效。

4.1.2程序代码

#include <iostream>
#include <windows.h>

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    STARTUPINFO si;//进程启动相关信息的结构体
    ZeroMemory(&si, sizeof(si));//初始化清空
    si.cb = sizeof(si);//应用程序必须将cb初始化为sizeof(STARTUPINFO)
    PROCESS_INFORMATION pi;//有关新进程及其主线程的信息
    ZeroMemory(&pi, sizeof(pi));//初始化清空

    SYSTEMTIME starttime;//记录开始的时间
    if (!CreateProcess(NULL, argv[1], NULL, NULL, FALSE, 0, NULL, NULL, &si, &pi))
    {
        cout << "create failed" << endl;
        return 0;
    }
    else
    {
        GetSystemTime(&starttime);
        cout << "start_time:" << starttime.wYear << "-" << starttime.wMonth << "-" << starttime.wDay << " ";
        cout << starttime.wHour << ":" << starttime.wMinute << ":" << starttime.wSecond << ":"
             << starttime.wMilliseconds << endl;
    }

    WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);

    //记录结束的时间
    SYSTEMTIME endtime;
    GetSystemTime(&endtime);
    cout << "end_time:" << endtime.wYear << "-" << endtime.wMonth << "-" << endtime.wDay << " ";
    cout << endtime.wHour << ":" << endtime.wMinute << ":" << endtime.wSecond << ":" << endtime.wMilliseconds
         << endl;
    return 0;
}
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4.1.3运行结果

通过运行自己写的另外一个简单程序来实现

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    cout << "Hello, World!" << endl;
    cout << "Name: Zhang Haojie" << endl;
    cout << "ID: 1120193583" << endl;
    return 0;
}
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4.2Linux实现

4.2.1函数解释

使用fork（）创建函数，正确完成时，函数返回给父进程的是被创建子进程的标识，返回给子进程的为0；若创建失败，则返回父进程的为-1；通过返回值，可以判断子进程是否创建成功，以及进程是子进程还是父进程。
pid_t fork(void)；

使用execv()为子进程指定运行程序，其函数调用如下：
int execv(const char pathname,char const arg[]);

使用gettimeofday()进行计时，该函数获得从1970年1月1日到现在的时间
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
struct timeval{
long int tv_sec; //记录秒数
long int tv_usec; //记录微秒数
}

4.2.2程序代码

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/wait.h>

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    //打印输入的参数
    for (int i = 0; i < argc; i++)
    {
        cout << "aug[" << i << "]:" << argv[i] << endl;
    }
    //获取开始时间
    timeval starttime, endtime;

    pid_t pid;
    //创建子进程
    pid = vfork();
    if (pid < 0)
    {
        cout << "fork error" << endl;
    }
    else if (pid == 0)
    {//子进程
        //获取运行的时间
        gettimeofday(&starttime, NULL);
        cout << "create child" << endl;
        cout << "start_time:" << starttime.tv_sec << ":" << starttime.tv_usec << endl;
        execv(argv[1], &argv[1]);
    }
    else
    {//父进程在等待子进程完成
        wait(NULL);
        gettimeofday(&endtime, NULL);
        cout << "end_time:" << endtime.tv_sec << ":" << endtime.tv_usec << endl;
    }
    return 0;
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4.2.3运行结果

通过运行自己写的另外一个简单程序来实现，继续运行之前的那个Hello的程序