linux进程线程管理实验报告.docx

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linux进程线程管理实验报告

西安郵電學院

操作系统LINUX实验报告

题目1：

进程______

题目2：

线程管理__

题目3：

互斥_____

系部名称

：

计算机学院

专业名称

：

班级

：

学号

：

学生姓名

：

时间

：

实验一:

进程管理

一．实验目的

通过观察、分析实验现象，深入理解进程及进程在调度执行和内存空间等方面的特点，

掌握在POSIX规范中fork和kill系统调用的功能和使用。

二．实验要求

2.1实验环境要求

1.硬件

（1）主机：

PentiumIII以上；

（2）内存：

128MB以上；

（3）显示器：

VGA或更高；

（4）硬盘空间：

至少100MB以上剩余空间。

2.软件

Linux操作系统，内核2.4.26以上，预装有X-Window、vi、gcc、gdb和任

意web浏览器。

2.2实验前的准备工作

学习man命令的用法，通过它查看fork和kill系统调用的在线帮助，并阅读参

考资料，学会fork与kill的用法。

复习C语言的相关内容。

三、实验内容

3.1补充POSIX下进程控制的残缺版实验程序

3.2回答下列问题：

1.你最初认为运行结果会怎么样？

2.实际的结果什么样？

有什么特点？

试对产生该现象的原因进行分析。

3.proc_number这个全局变量在各个子进程里的值相同吗？

为什么？

4.kill命令在程序中使用了几次？

每次的作用是什么？

执行后的现象是什么？

5.使用kill命令可以在进程的外部杀死进程。

进程怎样能主动退出？

这两种退

出方式哪种更好一些？

四、实验结果

4.1补充完全的源程序

#include

#include

#include

#include

#include

#defineMAX_CHILD_NUMBER10/*允许建立的子进程个数最大值*/

#defineSLEEP_INTERVAL1/*子进程睡眠时间*/

intproc_number=0;/*子进程的编号，从0开始*/

voiddo_something（）;

intmain（intargc,char*argv[]）

{

intchild_proc_number=MAX_CHILD_NUMBER;/*子进程个数*/

inti,ch;

pid_tchild_pid;

pid_tpid[10]={0};/*存放每个子进程的id*/

if（argc>1）{

child_proc_number=atoi（argv[1]）;

child_proc_number=（child_proc_number>10）?

10:

child_proc_number;

/*命令行参数中的第一个参数表示建立几个子进程，最多10个*/

}

/*建立child_proc_number个子进程

*子进程要执行

*proc_number=i;

*do_something（）;

*父进程把子进程的id保存到pid[i]*/

for（i=0;i

child_pid=fork（）;

if（child_pid==-1）{

perror（"createrror!

\n"）;

return1;

}

elseif（child_pid>0）

pid[i]=child_pid;

else{

proc_number=i;

do_something（）;

}

}

/*让用户选择杀死哪个进程。

输入数字（自编号）表示杀死该进程

*输入q退出*/

while（（ch=getchar（））!

='q'）{

if（isdigit（ch））{

kill（pid[ch-'0'],SIGTERM）;

wait（&pid[ch-'0']）;

}

}

kill（0,SIGTERM）;/*杀死本组的所有进程*/

return0;

}

voiddo_something（）{

for（;;）{

printf（"ThisisprocessNO.%*d\n",proc_number+3,proc_number）;

sleep（SLEEP_INTERVAL）;

}

}

4.2回答上述实验内容中的问题

1．预期结果：

会持续输出0-9号进程，直到输入数字键+回车，则会杀死该进程，接下来的输出将不会有该进程号，当输入q+回车，则退出程序。

2．实际结果：

与预期差不多，因输入进程总数20大于设定的最大进程数，因此按进程数10来处理。

随机输出0-9号进程，sleep（SLEEP_INTERVAL），循环输出，直到输入数字键，则会杀死该数字对应的进程，直到输入q退出循环，然后杀死本组所有进程。

分析：

每创建一个子进程时，将其pid存储在pid[i]中，i存储在proc_number，然后调用死循环函数do_something（），输出该进程的代号proc_number；

当输入数字键时，主进程会执行kill（pid[ch-'0'],SIGTERM），从而杀死（ch-‘0’）号进程。

当输入q时循环退出，kill（0,SIGTERM），杀死本组所有进程。

程序退出。

3.proc_number这个全局变量在各个子进程里的值相同，因为子进程相互独立，资源互不影响。

4．kill命令在程序中使用了2次：

kill（pid[ch-'0'],SIGTERM）;kill（0,SIGTERM）;

第一次是杀死该进程号pid[ch-‘0’]，执行后接下来的结果中不会有该进程号，用另一个终端打开，使用命令psaux|grepprocess，因为子进程先于父进程退出，则被杀死的进程为僵死状态，但我加了行代码wait（&pid[ch-'0']），就会使该子进程真正结束。

第二次是杀死本组所有进程。

即主进程以及它创建的所有子进程。

执行后程序退出，进程结束。

5．进程在main函数中return，或调用exit（）函数都可以正常退出。

而使用kill命令则是异常退出。

当然是正常退出比较好，若在子进程退出前使用kill命令杀死其父进程，则系统会让init进程接管子进程。

当用kill命令使得子进程先于父进程退出时，而父进程又没有调用wait函数等待子进程结束，子进程处于僵死状态，并且会一直保持下去，直到系统重启。

子进程处于僵死状态时，内核只保存该进程的必要信息以被父进程所需，此时子进程始终占着资源，同时减少了系统可以创建的最大进程数。

实验二:

线程管理

一．实验目的

通过观察、分析实验现象，深入理解线程及线程在调度执行和内存空间等方面的特点，并掌握线程与进程的区别。

掌握在POSIX规范中pthread_create（）函数的功能和使用方法。

二．实验要求

2.1实验环境要求

1.硬件

（1）主机：

PentiumIII以上；

（2）内存：

128MB以上；

（3）显示器：

VGA或更高；

（4）硬盘空间：

至少100MB以上剩余空间。

2.软件

Linux操作系统，内核2.4.26以上，预装有X-Window、vi、gcc、gdb和任

意web浏览器。

2.2实验前的准备工作

阅读参考资料，了解线程的创建等相关系统调用。

三、实验内容

3.1补充POSIX下进程控制的残缺版实验程序

3.2回答下列问题：

1.你最初认为前三列数会相等吗？

最后一列斜杠两边的数字是相等，还是大于或者

小于关系？

2.最后的结果如你所料吗？

有什么特点？

试对原因进行分析。

3.thread的CPU占用率是多少？

为什么会这样？

4.thread_worker（）内是死循环，它是怎么退出的？

你认为这样退出好吗？

四、实验结果

4.1补充完全的源程序

#include

#include

#include

#include

#include

#defineMAX_THREAD3/*线程的个数*/

unsignedlonglongmain_counter,counter[MAX_THREAD];

/*unsignedlonglong是比long还长的整数*/

void*thread_worker（void*）;

intmain（intargc,charargv[]）{

inti,rtn;

charch;

pthread_tpthread_id[MAX_THREAD]={0};/*存放每个线程的id*/

for（i=0;i

pthread_create（&pthread_id[i],NULL,thread_worker,（void*）i）;

/*用pthread_create建一个普通的线程，线程id存入pthread_id[i]，线程执行的函数是thread_worker，并i作为参数传递给线程*/

}

/*用户按一次回车执行下面的循环体一次。

按q退出*/

do{

unsignedlonglongsum=0;

for（i=0;i

sum+=counter[i];/*求所有线程的counter的和*/

printf（"counter[%d]=%llu\n",i,counter[i]）;

}

printf（"main_counter=%llu/sum=%llu\n",main_counter,sum）;

}while（（ch=getchar（））!

='q'）;

return0;

}

void*thread_worker（void*p）{

intthread_num;

thread_num=（int）p;/*把main中的i的值传递给thread_num*/

for（;;）{

main_counter++;

counter[thread_num]++;

}

}

4.3回答上述实验内容中的问题

1．试验运行前我认为前三列数不会相等，因为三个线程运行次数是随机的，结果不可预料，当然counter[i]值不会一定相等。

而我认为main_counter与sum值应该是相等的。

因为都是三个线程的counter之和。

2．而实验结果是前三列数确实不相等。

不过main_counter与sum的值也不相等，main_counter

因为三个线程在共同争取运行thread_worker（）函数，比如main_counter初值为0，pthread_id[0]执行之后main_counter+1，此时还未来得及将值赋给main_counter，这时的main_counter还是0；pthread_id[1]也执行这个函数，main_counter+1，若此时在1号线程将main_counter+1的值还未赋给main_counter，即这时的main_counter还是0，pthread_id[2]也来执行这个函数，main_counter+1，此时三个线程才将加完之后的值赋给main_counter，则main_counter=0+1=1，而真正执行次数sum=0+1+1+1=3。

main_counter

3．thread的CPU占用率在我的机子上执行结果是181，因为三个线程是无限循环的运行，使得cpu占用率很高。

4．thread_worker（）函数内是死循环，退出时因为主函数中设置的输入q时循环退出。

输入q时主进程执行退出，return退出程序，则子线程也强制退出。

这样退出不好。

实验三:

互斥

一．实验目的

通过观察、分析实验现象，深入理解理解互斥锁的原理及特点

掌握在POSIX规范中的互斥函数的功能及使用方法

二．实验要求

2.1实验环境要求

1.硬件

（1）主机：

PentiumIII以上；

（2）内存：

128MB以上；

（3）显示器：

VGA或更高；

（4）硬盘空间：

至少100MB以上剩余空间。

2.软件

Linux操作系统，内核2.4.26以上，预装有X-Window、vi、gcc、gdb和任

意web浏览器。

2.2实验前的准备工作

准备好上节实验完成的程序thread.c。

阅读参考资料，了解互斥锁的加解锁机制及相关的系统调用。

三、实验内容

3.1找到thread.c的代码临界区，用临界区解决main_counter与sum不同步的问题。

3.2阅读下列代码，回答问题：

#include

#include

#include

#include

#include

#defineLOOP_TIMES1000

pthread_mutex_tmutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void*thread_worker（void*）;

voidcritical_section（intthreadd_num,inti）;

intmain（intargc,char*argv[]）{

intrtn,i;

pthread_tpthread_id=0;

rtn=pthread_create（&pthread_id,NULL,thread_worker,NULL）;

if（rtn!

=0）{

printf（"pthread_createERROR!

\n"）;

return-1;

}

for（i=0;i

pthread_mutex_lock（&mutex1）;

pthread_mutex_lock（&mutex2）;

critical_section（1,i）;

pthread_mutex_unlock（&mutex2）;

pthread_mutex_unlock（&mutex1）;

}

pthread_mutex_destroy（&mutex1）;

pthread_mutex_destroy（&mutex2）;

return0;

}

void*thread_worker（void*p）{

inti;

for（i=0;i

pthread_mutex_lock（&mutex2）;

pthread_mutex_lock（&mutex1）;

critical_section（2,i）;

pthread_mutex_unlock（&mutex2）;

pthread_mutex_unlock（&mutex1）;

}

}

voidcritical_section（intthread_num,inti）{

printf（"Thread%d:

%d\n",thread_num,i）;

}

1.你预想deadlock.c的运行结果会如何？

2.deadlock.c的实际运行结果如何？

多次运行每次的现象都一样吗？

为什么会这样？

四、实验结果

4.1通过加锁可修改thread.c程序，使得main_counter与sum值同步，源代码如下：

#include

#include

#include

#include

#include

#defineMAX_THREAD3

unsignedlonglongmain_counter,counter[MAX_THREAD];

void*thread_worker（void*）;

pthread_mutex_tmain_counter_mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tcounter_mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

intmain（intargc,charargv[]）{

inti,rtn;

charch;

pthread_tpthread_id[MAX_THREAD]={0};

for（i=0;i

pthread_create（&pthread_id[i],NULL,thread_worker,（void*）i）;

}

do{

unsignedlonglongsum=0;

pthread_mutex_lock（&counter_mutex）;

for（i=0;i

sum+=counter[i];

printf（"counter[%d]=%llu\n",i,counter[i]）;

}

printf（"main_counter=%llu/sum=%llu\n",main_counter,sum）;

pthread_mutex_unlock（&counter_mutex）;

}while（（ch=getchar（））!

='q'）;

return0;

}

void*thread_worker（void*p）{

intthread_num;

thread_num=（int）p;

for（;;）{

pthread_mutex_lock（&main_counter_mutex）;

main_counter++;

pthread_mutex_unlock（&main_counter_mutex）;

pthread_mutex_lock（&counter_mutex）;

counter[thread_num]++;

pthread_mutex_unlock（&counter_mutex）;

}

}

4.2回答上述实验要求中的问题：

1．程序运行会出现中止现象，可能会资源互斥。

2．实际运行时程序会在运行期间中止，出现死锁现象。

多次运行之后现象都一样。

解释如下：

主线程申请mutex1资源，而子线程申请mutex2资源，此时主线程继续申请mutex2资源，子线程来申请mutex1资源，而mutex2资源还未被子线程释放，主线程无法申请到，同样的，mutex1资源未被主线程释放则子线程也无法申请到，此时便处于无限循环等待，形成死锁。

修改后的程序：

#include

#include

#include

#include

#include

#defineLOOP_TIMES1000

pthread_mutex_tmutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_tmutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void*thread_worker（void*）;

voidcritical_section（intthreadd_num,inti）;

intmain（intargc,char*argv[]）{

intrtn,i;

pthread_tpthread_id=0;

rtn=pthread_create（&pthread_id,NULL,thread_worker,NULL）;

if（rtn!

=0）{

printf（"pthread_createERROR!

\n"）;

return-1;

}

for（i=0;i

pthread_mutex_lock（&mutex1）;

pthread_mutex_lock（&mutex2）;

critical_section（1,i）;

pthread_mutex_unlock（&mutex2）;

pthread_mutex_unlock（&mutex1）;

}

pthread_mutex_destroy（&mutex1）;

pthread_mutex_destroy（&mutex2）;

return0;

}

void*thread_worker（void*p）{

inti;

for（i=0;i

pthread_mutex_lock（&mutex1）;

pthread_mutex_lock（&mutex2）;

critical_section（2,i）;

pthread_mutex_unlock（&mutex2）;

pthread_mutex_unlock（&mutex1）;

}

}

voidcritical_section（intthread_num,inti）{

printf（"Thread%d:

%d\n",thread_num,i）;

}