操作系统上机实验报告
实验名称：
进程和线程
实验目的：
理解uｎix/Linux下进程和线程的创建、并发执行过程。
实验内容：
1．进程的创建
2．多线程应用
实验步骤及分析：
进程的创建
下面这个C程序展示了UNIX系统中父进程创建子进程及各自分开活动的情况。
ｆoｒk（ )
创建一个新进程。
系统调用格式：
pｉd=foｒk( )
参数定义：
int fork( )
forｋ( )返回值意义如下:
０:在子进程中，pｉd变量保存的fｏrk( )返回值为0,表示当前进程是子进程。
>0:在父进程中，piｄ变量保存的foｒk( )返回值为子进程的ｉd值(进程唯一标识符）。
-1：创建失败。
如果fork( )调用成功，它向父进程返回子进程的PＩＤ,并向子进程返回0,即ｆoｒｋ( )被调用了一次，但返回了两次。此时OＳ在内存中建立一个新进程，所建的新进程是调用fork( )父进程(paｒenｔ ｐrocesｓ）的副本,称为子进程(cｈilｄ pｒocｅss)。子进程继承了父进程的许多特性,并具有与父进程完全相同的用户级上下文。父进程与子进程并发执行。
2、参考程序代码
/＊pｒocｅss.ｃ*/
#inclｕde <stdｉo.h>
#ｉｎcludｅ ＜sｙs/ｔypｅs.ｈ>
main(ｉnｔ argc,cｈaｒ ＊ａrｇv[])
{
int pid；
／＊ foｒk ａｎｏｔｈeｒ prｏcess ＊／
pｉｄ = ｆork();
if （pid < 0） { /＊ errｏr ｏccurred */
fｐｒinｔf（sｔdｅrｒ, "Fork Faiｌed＂）；
exｉｔ(-1);
}
else if （ｐiｄ == 0) { ／* ｃhiｌd proceｓs */
ｅｘeｃlp( "/bin/ls"， "ls",ＮＵＬL)；
}
eｌse ｛／* parent ｐrocｅｓs ＊/
／* paｒeｎt ｗｉlｌ wait fｏr the child to coｍｐlete */
ｗait(ＮULL）;
priｎtf( ＂Child Cｏmpｌｅte＂ );
exiｔ(０）;
}
}
3、编译和运行
$gｃc pｒocess.c –o processs
4、运行
$./proｃess
编辑如图所示:
运行如图所示:
思考:
系统是怎样创建进程的？
１，申请空白 ＨYPEＲＬINK ＂＂
PCＢ(进程控制块)；2,为新进程分派资源;3,初始化 \ｔ "" PCB；4,将新进程插入就绪队列；
(2）扩展程序，在父进程中输出1到5,在子进程中输出6-10，要求父子进程并发输出；记录实验结果,并给出简单分析。
实验结果如图:
多线程应用
编写ｕｎix/Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthreaｄ.h，连接时需要使用库lｉbpthread.a。下面是一个最简单的多线程程序 eｘａmple１．ｃ。
下面的示例中，要使用到两个函数,ｐthreaｄ＿crｅaｔe和ｐthrｅad_ｊoiｎ，并声明了一个ptｈｒeａd_ｔ型的变量。
函数pthｒead_creａｔｅ用来创建一个线程，它的原型为:
ｅxteｒn int ｐthread_create __P ((pthread_t *＿_tｈrｅad， __coｎｓt pｔhrｅaｄ＿aｔtr_t *__attr,void *(*__start_ｒoutｉnｅ) (ｖｏid *）, voiｄ ＊＿_ａrｇ))；
第一个参数为指向线程标识符的指针,第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。这里，我们的函数ｔhｒead不需要参数,所以最后一个参数设为空指针。第二个参数我们也设为空指针,这样将生成默认属性的线程。当创建线程成功时，函数返回０，若不为０则说明创建线程失败,常见的错误返回代码为EAGAＩN和EINVAＬ。前者表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数,原来的线程则继续运行下一行代码。
函数pthread_jｏｉｎ用来等待一个线程的结束。函数原型为：
extｅrｎ int pthｒeaｄ_joｉn __P ((ptｈｒｅad＿t ＿_th, ｖoid **_＿ｔhreａd_return));
第一个参数为被等待的线程标识符,第二个参数为一个用户定义的指针,它可以用来存储被等待线程的返回值。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时,被等待线程的资源被收回。
一个线程的结束有两种途径,一种是象我们上面的例子一样,函数结束了,调用它的线程也就结束了；另一种方式是通过函数pｔhｒｅad_exit来实现。它的函数原型为:
exｔerｎ voｉｄ pthread_eｘｉt ＿_P ((void *__retｖal）) __attribute__ ((_＿noreｔuｒn＿_）);
唯一的参数是函数的返回代码,只要ptｈｒead＿joｉｎ中的第二个参数thｒｅad_ｒeturn不是NULＬ,这个值将被传递给 thread_ｒetuｒｎ。
2、参考程序代码
/＊ thrｅａd.c*/
＃include <stｄio.h>
＃inｃｌｕｄe <pｔhread.ｈ>
ｖｏid threａｄ(vｏid)
｛
int i;
fｏr(i=0；i＜3;i++)
printｆ（"Tｈis is a ptｈread.＼n");
}
iｎt mａin(iｎt ａrgc，cｈar *argv[］)
{
pthrｅad_t ｉd;
int i，ret;
ｒet=pthread_ｃreate(&ｉｄ,NUＬL,（ｖoiｄ *) threaｄ,NULL);
if(ret!=0)｛
pｒiｎtｆ ("Cｒeａte pthｒead erroｒ!\n")；
exｉt （１);
｝
for（i=0;i<3；i++)
pｒintf(＂Ｔhiｓ ｉs the ｍaｉｎ pｒocｅｓs.\ｎ＂)；
pthread_jｏin(id,NULL);
ｒeturn （0);
}
3、编译和运行
编译此程序:
gcc examplｅ1.c -ｌｐｔｈｒead -ｏ exａmpｌe1
－lpｔhrｅad:使用线程库
运行exaｍple１,得到如下结果：
Ｔｈｉs is thｅ mａiｎ pｒｏcesｓ.
Ｔhｉｓ is a pthreaｄ.
This is the main process.?Thｉs is ｔｈe main prｏｃess.
Thiｓ is a pthrｅad.?Ｔhiｓ iｓ ａ ｐtｈreaｄ.
再次运行,可能得到如下结果：
This ｉｓ ａ pthread．
Thiｓ ｉｓ tｈe maｉn procｅsｓ.
Tｈis ｉｓ a ptｈreaｄ．?This is thｅ maｉn ｐrocess.
Tｈis is a pｔhｒeａd．
Tｈis is the ｍａin pｒｏceｓｓ.
编辑过程如图所示：
执行如图所示：
实验总结：在实验中很多粗心造成的问题，比如指令输错字母，代码写错字母，没有注意是否需要空格等。通过课堂的理论知识学习和实验课的上机实验,让我更能理解操作系统的知识。
４、思考
（１）程序运行后,进程threaｄ中有几个线程存在？
3个
（2)为什么前后两次运行结果不一样？
单核的cpu在处理多线程时每次只能执行一跳指令,也就是说无论你的程序有多少个线程，每一时刻执行的也只是一个线程里的代码,cｐu会轮流给每个线程分配时间片，时间片分配到哪个线程头上，哪个线程里的代码就执行。但是 HＹPERLINＫ "" 多核cpu就不一样了,他可以同时执行多个线程里的代码,这才是真正的“多线程”。所以你那段程序,在单核的电脑上跑应该是没有问题的，但是在 HYＰEＲＬＩNK "" \t ＂" 多核cｐu的电脑上出现的结果就会有很大的随机性。
5、程序的扩展
试在本程序中再添加一个或多个其他线程，观测运行结果，充分理解多线程的含义。
多添加一个线程,将会多一行This is a pｔｈｒeaｄ．和 Ｔhｉs iｓ the mａｉn proceｓｓ.
结果如图所示:
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