实验三 Linux环境编程及GCC、Make

实验三主要涉及Linux环境编程，重点在于理解系统调用、GCC编译器的使用以及Makefile的编写与管理。实验旨在提升对Linux进程管理和资源调度的理解，以及掌握程序构建和管理工具的运用。 1. **系统调用**： 在Linux中，系统调用是用户空间程序与内核交互的主要方式，用于执行诸如文件读写、进程控制等低级操作。例如，`fork()`用于创建新进程，`read()`和`write()`用于文件读写。实验通过`fork_CPUTime.c`源文件，利用`fork()`系统调用来演示进程管理，特别是CPU时间的分配。随着循环次数`LOOP`的增加，CPU时间片不足以处理所有进程，导致进程挂起，从而体现Linux的多任务调度机制。 2. **GCC编译器**： GCC（GNU Compiler Collection）是GNU项目的一部分，用于编译C、C++、Objective-C、Fortran等语言的源代码。在Ubuntu环境下，可以通过`gcc`命令进行编译。实验要求使用不同`LOOP`值编译`fork_CPUTime.c`，观察不同进程数量对CPU时间分配的影响。 3. **Makefile**： Makefile是用于自动化构建和管理项目的文件，它定义了一系列规则来决定哪些文件需要被编译或链接。`make`命令根据Makefile中的规则执行编译任务。实验中，学生应学习如何编写Makefile，以便有效地管理大型程序的编译过程。 4. **文件描述符和文件管理**： 在Linux中，每个打开的文件都有一个文件描述符，它是进程与文件关联的标识。文件描述符实质上是文件表中对应文件结构体的索引，文件表存储在进程的内存空间中。当打开文件时，内核分配一个未使用的文件描述符并将文件的inode指针存入其中。inode是Linux文件系统中保存文件元数据的数据结构，包含文件大小、权限等信息。文件名只是指向inode的符号链接，实际操作文件时，系统通过文件描述符找到对应的inode，执行读写操作。 5. **进程管理与CPU时间分配**： Linux采用时间片轮转的策略进行进程调度，每个进程在一定时间片内获得CPU执行权。随着`LOOP`增大，单个时间片可能不足以执行完进程，导致CPU切换到其他进程。实验结果表明，Linux会根据进程的需求动态调整时间片分配，但一旦时间片耗尽，进程会被挂起，CPU转而执行其他任务，确保系统的公平性和效率。 6. **实验环境与资源**： 实验在Ubuntu操作系统环境中进行，学生需要熟悉使用`man`命令获取帮助信息，以及在线搜索解决问题。实验报告应按照指定格式编写，包括代码和运行结果的截图，以展示实验过程和理解。 通过这个实验，学生将深入理解Linux系统调用的实现、GCC的编译过程、Makefile的编写规则，以及Linux进程管理和文件系统的运作原理。这些技能对于进行Linux环境下的软件开发和系统级编程至关重要。