linux进程线程管理实验报告

进程线程,死锁实验报告

西安郵電學院

操作系统LINUX实验报告

题

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时间 目1： 进程______ 目2： 线程管理__ 目3： 互斥_____ 计算机学院 软件工程 0802 04085048 郭爽乐 2010-10-31

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进程线程,死锁实验报告

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：Pentium III 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<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

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#include<signal.h>

#include<ctype.h>

#define MAX_CHILD_NUMBER 10/* 允许建立的子进程个数最大值 */ #define SLEEP_INTERVAL 1/* 子进程睡眠时间 */

int proc_number=0; /* 子进程的编号，从0开始 */

void do_something();

int main(int argc,char *argv[])

{

int child_proc_number=MAX_CHILD_NUMBER; /* 子进程个数 */ int i,ch;

pid_t child_pid;

pid_t pid[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_proc_number;i++){

child_pid=fork();

if(child_pid== -1){

perror("creat error!\n");

return 1;

}

else if(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 */

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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 */

return 0;

}

void do_something(){

for(;;){

printf("This is process NO.%*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ps aux | grep process，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

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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：Pentium III 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？

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四、实验结果

4.1 补充完全的源程序

#include<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

#include<ctype.h>

#include<pthread.h>

#define MAX_THREAD 3/* 线程的个数 */

unsigned long long main_counter,counter[MAX_THREAD];

/* unsigned long long是比long还长的整数 */

void* thread_worker(void*);

int main(int argc,char argv[]){

int i,rtn;

char ch;

pthread_t pthread_id[MAX_THREAD]={0};/* 存放每个线程的id */ for(i=0;i<MAX_THREAD;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{

unsigned long long sum=0;

for(i=0;i<MAX_THREAD;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');

return 0;

}

void* thread_worker(void* p){

int thread_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

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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 < sum，经分析讨论得出解释：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 < sum。

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：Pentium III 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

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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<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

#include<ctype.h>

#include<pthread.h>

#define LOOP_TIMES 1000

pthread_mutex_t mutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_t mutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_worker(void *);

void critical_section(int threadd_num,int i);

int main(int argc,char *argv[]){

int rtn,i;

pthread_t pthread_id=0;

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

if(rtn!=0){

printf("pthread_create ERROR!\n");

return -1;

}

for(i=0;i<LOOP_TIMES;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);

return 0;

}

void *thread_worker(void* p){

int i;

for(i=0;i<LOOP_TIMES;i++){

pthread_mutex_lock(&mutex2);

pthread_mutex_lock(&mutex1);

critical_section(2,i);

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pthread_mutex_unlock(&mutex2);

pthread_mutex_unlock(&mutex1);

}

}

void critical_section(int thread_num,int i){

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<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

#include<ctype.h>

#include<pthread.h>

#define MAX_THREAD 3

unsigned long long main_counter,counter[MAX_THREAD];

void* thread_worker(void*);

int main(int argc,char argv[]){

int i,rtn;

char ch;

pthread_t pthread_id[MAX_THREAD]={0};

for(i=0;i<MAX_THREAD;i++){

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

}

do{

unsigned long long sum=0;

for(i=0;i<MAX_THREAD;i++){

sum+=counter[i];

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

}

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

}while((ch=getchar())!='q');

return 0;

}

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void* thread_worker(void* p){

int thread_num;

thread_num=(int)p;

for(;;){

main_counter++;

counter[thread_num]++;

}

}

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<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

#include<ctype.h>

#include<pthread.h>

#define LOOP_TIMES 1000

pthread_mutex_t mutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_t mutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_worker(void *);

void critical_section(int threadd_num,int i);

int main(int argc,char *argv[]){

int rtn,i;

pthread_t pthread_id=0;

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

if(rtn!=0){

printf("pthread_create ERROR!\n");

return -1;

}

for(i=0;i<LOOP_TIMES;i++){

pthread_mutex_lock(&mutex1);

pthread_mutex_lock(&mutex2);

critical_section(1,i);

pthread_mutex_unlock(&mutex2);

pthread_mutex_unlock(&mutex1);

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}

pthread_mutex_destroy(&mutex1); pthread_mutex_destroy(&mutex2); return 0;

}

void *thread_worker(void* p){

int i;

for(i=0;i<LOOP_TIMES;i++){

critical_section(2,i);

pthread_mutex_unlock(&mutex2); pthread_mutex_unlock(&mutex1); }

}

void critical_section(int thread_num,int i){ printf("Thread%d:%d\n",thread_num,i); }

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2t7j.html