實(shí)驗(yàn)九_(tái)POSIX線程機(jī)制一

1、實(shí)驗(yàn)九POSIX線程機(jī)制一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 理解進(jìn)程與線程的區(qū)別；2. 實(shí)現(xiàn)單線程與多線程控制；3. 了解POSIX線程機(jī)制，使用常用的線程操作函數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1. 觀察單線程程序和多線程程序的區(qū)別;2. 使用常用的線程操作函數(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟：（一）“ hello world單線程程序調(diào)試并運(yùn)行下面的程序，如圖/hello world單線程程序# in elude con st NUM = 5;int mai n()/ void p_msg(char *);p_msg(hello);P_msg(worldn);1所示，觀察輸出結(jié)果，并分析原因void p_msg(char *m)int i;for(i

2、 = 0 ; i NUM ; i +)prin tf(%s,m); fflush(stdout);sleep(1);圖1單線程程序(roatlora Lt:lod Ihoit raotltt liaJiacotida-k .cfg i .util inwL 廿 ll-lo* in u 11. log . sys Jogt .croutl 口 cnllujsL rco t g cc -q11 tzll.cles t I . ： I 5 3 us rn in耳： type imi 弓 rm tr h wi l h prev ions inrp I i c i t dec ra t ionles 1

3、1.c18： warning； prev iou i np I i c j t dtcla ra t ion of p_TFg11 .： 12： usrn ing ： p_iYne佃空 provioLsly iiipI it it ly do? larod to return iniH les LI . c :20 :2: 碣rniitg: noin亡 j L f nd of fileI rootflora Rj(is i too tti . / 1e s 11he 11qhe I lobe I lobe I lohe I lovor Id.wjt Idiw Idvut)r Idwu r I

4、d rootfloca llios t roo tW |結(jié)果分析：先運(yùn)行 p_msg(hello)，后運(yùn)行p_msg(worldn),故先輸出5個(gè)hello , 1個(gè)world 跟在后面，4個(gè)world換行回車。(二) 使用pthread_create創(chuàng)建線程如果希望一個(gè)程序能同時(shí)并發(fā)執(zhí)行很多函數(shù)，它可以通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)線程實(shí)現(xiàn)，只要將上面的程序做兩個(gè)小的改動(dòng)，即可讓程序并發(fā)執(zhí)行兩個(gè)函數(shù)。圖2中的程序是一個(gè)簡(jiǎn)單“ hello world ”多線程程序void *p_msg(void *m)int i;for(i = 0 ; i 5 ; i +) prin tf(%s,m); fflush(stdo

5、ut); sleep(1);return NULL;#i nclude #i nclude main ()pthread_t t1 , t2;void *p_msg(void *);pthread_create(&t1,NULL,p_msg,(void * )hello ); pthread_create(&t2,NULL,p_msg,(void * )worldn”); pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);圖2多線程程序提示：POSIX標(biāo)準(zhǔn)族中包含有線程標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用名字以“ pthread_” 打頭。為了使用這些函數(shù)，須對(duì)REE

6、NTRANT宏進(jìn)行定義，該宏包括在頭文件pthread.h中，鏈接這些線程函數(shù)庫(kù)時(shí)要使用編譯器命令的“-lpthread ”選項(xiàng)思考：結(jié)果:icoiloca ha I root# gcc -oltisi2.c - Ip ihreadif s i2 . c: n func I i on iih in:les |2 , c：S； rn ing ；; ing j rgnf pthread .rea t p from i nr打叩且 t ih W poini e rtypeit s t2 .c：9： vfiiniftg ： paing jrg 3 of pihread_-crci11 from inn

7、pit ih I poinif r typ*te s 1224 7 2 : varnm 耳；no new ine a t e nd of f i leroo t-Moca 1 ho刃 t ana cunda-k .cfg J uu tro-o lr 14 h電 I IciMur l-d li I Iumof I1將 pthread_join 刪除后：rQt(?iuua I hua l run t fl / Le s t2_2 he J lotMjr IdrodMoca I hcs i too t # ./test2_2he I lnwir Iri會(huì)這樣是因?yàn)閮蓚€(gè)線程在sleep (1)的時(shí)間里

8、進(jìn)程運(yùn)行完畢結(jié)束。線程被迫結(jié) 束。iv. 進(jìn)程放后臺(tái)運(yùn)行，用ps觀察進(jìn)程狀態(tài)，用pstree觀察是否有子進(jìn)程產(chǎn)生。roolloca I hcs t ruo L ./ te i t5 A1 I2U1roor?loca Iho$ I rootle he I lor IdFID TTYnrrCJD2577 pis/fl0000:1)0wtl12181 pis/fl；()()test212184 pti/O00:00:01)PSf rootlocAIhoii roo t# hellouorId he I IqudtIdhe 11 nun r Idhe 1 lower Id-iioin?-irrmi n

9、i l一+-da sti-+-ps treeI-lestS-gnonv-piy-heI pc沒(méi)有子進(jìn)程產(chǎn)生v. 改寫代碼，使同樣的輸出內(nèi)容由并發(fā)的父子進(jìn)程實(shí)現(xiàn)。進(jìn)程放后臺(tái)運(yùn)行，用ps觀察進(jìn)程狀態(tài)。與先前的觀察有什么不同？請(qǐng)分析原因, 體會(huì)進(jìn)程和線程概念的差異。test3.c#i nclude const NUM = 5;int main() / void p_msg(char *);int p1;while(p 仁fork()=-1);if(p10) /* 主進(jìn)程的處理*/int i;sleep(5);for(i = 0 ; i NUM ; i +) prin tf(hellon); slee

10、p(1);wait(0);exit(0);elseint i;sleep(5);for(i = 0 ; i NUM ; i +) prin tf(worldn); sleep(1);exit(0); 有子進(jìn)程產(chǎn)生:-|jncne-termi nll在我所安裝的la l_ba sh-+ps t ree-te s t31e 512linux版本中，ps只能顯示父進(jìn)程：j od l / loc-a Ih口生t i qo 訂# pstie Ir IdFID TTYTJhf ED3110 pls/fl00:00:00 hash329900=00:00 teit3aaoa pls/oUO：00：(UJ p

11、s當(dāng)子進(jìn)程運(yùn)行完，父進(jìn)程未退出時(shí)可以看到子進(jìn)程變?yōu)榻┦M(jìn)程1*001：!* lor 3 1 h()t raal* psLID rrvTJMl CAD31W pLs/O0600:00 bash3271 pis/flQOiOOiOti tes.t33272 pis/fl00:00:00 tes-tS 3280 pis/flCO：00:0(! pa(三) 觀察并發(fā)的線程運(yùn)行圖3中的程序，觀察線程并發(fā)執(zhí)行的效果及存在互相干擾的效果#i nclude #i nclude #i nclude void *Pri ntThread(void * );#defi ne Num_Threads 3int mai

12、 n()int i,ret;pthread_t a_thread;int ThdNumNum_Threads;for (i = 0; i Num_Threads; i+)ThdNumi = i;for(i = 0; i Num_Threads;i+)ret = pthread_create(&a_thread,NULL,Pri ntThread,(void *)& ThdNumi);if (ret = 0)prin tf(Thread laun ched succeddfullyn);i = getchar();return (0);void *Pri ntThread(void * num)

13、int i;for(i = 0;i 5; i+)prin tf(thread number is %dn,*(i nt *)n um);sleep(1);return NULL;圖3多線程的并發(fā)思考:編譯連接通過(guò)后，多次運(yùn)行程序，查看輸出結(jié)果，并分析結(jié)果產(chǎn)生的原因root1 oca Ihost roo1./pthreadsthread nurrber 0I bread nurrbe r i s 0Thread launched sucrcdilfu I ylliread nuliber 1 s 】th read nunbe r 】& 1Thread l-atknch&d succcdJfu 1

14、 lythread nunber i a 2thread n-uiibcr i2Thread lonched sycEdifu 1 lyilircad nunber is 0Llireaii nuiihe r i 1thread nunber i s 1ihi cad minbe r j s 0ilireid nuiiber 注 1Llireiil nuiibe r i i 1tliread iiunber i& 0ihiead minbe r i s 1Lliread nuiibor is 1一開(kāi)始輸出兩個(gè)線程一樣是由于線程運(yùn)行比主程序快，最后面9個(gè)應(yīng)該是線程競(jìng)爭(zhēng)造成的。（四）編寫字?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)工

15、具使用Linux下的多線程編程，編寫類似 wc（字?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)）的工具，使得程序能 同時(shí)對(duì)兩個(gè)文件進(jìn)行字?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)，然后得到兩個(gè)文件的總單詞數(shù)。進(jìn)程有獨(dú)立的數(shù) 據(jù)空間，在此進(jìn)程運(yùn)行的所有線程都擁有對(duì)這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)權(quán)。在某一時(shí)刻只允許唯一的線程對(duì)變量進(jìn)行訪問(wèn)。如果進(jìn)程中的任何線程修改了某一個(gè)數(shù)據(jù)，所有擁有此數(shù)據(jù)的線程必須采取一定策略來(lái)避免訪問(wèn)沖突。區(qū)分單詞的規(guī)則：凡是一個(gè)非字母或者數(shù)字的字符跟在字母或者數(shù)字的后 面，那么這個(gè)字母或者數(shù)字就是單詞的結(jié)尾。本次實(shí)驗(yàn)編寫的是帶瑕疵的字?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)工具，問(wèn)題留到下一次實(shí)驗(yàn)中用POSIX 的互斥量解決。兩個(gè)線程共享一個(gè)通用計(jì)數(shù)器，每個(gè)線程分別負(fù)責(zé)對(duì)一個(gè)文件進(jìn) 行計(jì)算，所有

16、的線程在檢查到單詞的時(shí)候?qū)ν粋€(gè)計(jì)數(shù)器增值，但是允許線程在沒(méi)有任何避免訪問(wèn)沖突策略的情況下來(lái)修改臨界資源一一通用計(jì)數(shù)器，因而可能會(huì)產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)。參考代碼詳見(jiàn)圖4中的程序。所有線程對(duì)同一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行操作，并且同時(shí)進(jìn)行。使用下述代碼temp=total_words;sleep（1）;total_words=temp+1;是為了延時(shí)，使產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)的效果明顯。也就是程序先將計(jì)數(shù)器當(dāng)前的值存入寄存器中，加 1操作后，再將其寫回到內(nèi)存中。 當(dāng)所有線程在同一時(shí)刻都進(jìn)行讀取內(nèi)存一加1-寫回”的序列操作完成對(duì)寄存器的操作。#include #include #include int total_words = 0

17、;main(int ac , char * av)pthread_t t1, t2;void *count_words(void *);if(ac!=3) printf(usage: %s file1 file2n, av0); exit(1); pthread_create(&t1,NULL,count_words,(void * ) av1); pthread_create(&t2,NULL,count_words,(void * ) av2); pthread_join(t1, NULL); pthread_join(t2, NULL); printf(%5d: total wordsn

18、, total_words);void *count_words(void *f)char *filename = (char * )f;FILE *fp;int c, temp, prevc = 0;if(fp = fopen (filename, r ) != NULL) while(c = getc(fp)!= EOF) if(!isalnum(c)& isalnum(prevc) temp=total_words;sleep(1); /* 延時(shí)，使產(chǎn)生臟數(shù)據(jù) */ total_words=temp+1; prevc =c; fclose(fp); elseprin tf(err fil

19、e name);return NULL;圖4單詞統(tǒng)計(jì)工具思考：i. 編譯連接通過(guò)后，多次運(yùn)行程序，查看輸出結(jié)果。Lhofit root I# J佔(zhàn) vrdrd24； lota 1 wordsrooilofj II roo11 fl ”Am? rd2 u)rd4: Lu J uurdsii. 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)正確嗎？如果錯(cuò)誤，請(qǐng)分析原因。統(tǒng)計(jì)結(jié)果并不正確。我在 word內(nèi)寫入1個(gè)單詞，在word2內(nèi)寫入4個(gè)單詞?？?共應(yīng)該是五個(gè)單詞。temp=total_words;sleep(1);total_words=temp+1;程序先將計(jì)數(shù)器當(dāng)前的值存入寄存器中，加1操作后，再將其寫回到內(nèi)存中。當(dāng)所有線程在同

20、一時(shí)刻都進(jìn)行 讀取內(nèi)存一加1-寫回”的序列操作完成對(duì)寄存器的 操作。word1和word2內(nèi)的第一個(gè)單詞相當(dāng)于只在中數(shù)上加了一次。iii. 刪除sleep(1);語(yǔ)句，對(duì)運(yùn)行結(jié)果有何影響？這能從本質(zhì)上避免產(chǎn)生 臟數(shù)據(jù)嗎？刪除后運(yùn)行結(jié)果變正確了，但這不能從本質(zhì)上避免產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)。sleep(1)只是使 發(fā)生錯(cuò)誤的概率增大。ruutlhusl ruu l./wcl urd Mrd左5: lot-3 I words(五) 編程題創(chuàng)建兩個(gè)并發(fā)線程，一個(gè)線程輸出奇數(shù)，另一個(gè)線程則輸出偶數(shù)。mywrite1.c#i nclude #include #include void *PrintThread(voi

21、d * );#define Num_Threads 2int main()int i,ret0,ret1;pthread_t a_thread;int ThdNumNum_Threads;for (i = 0; i Num_Threads; i+)ThdNum0 = 0;ThdNum1 = 1;ret0 = pthread_create(&a_thread,NULL,PrintThread,(void *)&ThdNum0); ret1 = pthread_create(&a_thread,NULL,PrintThread,(void *)&ThdNum1); if (ret0 = 0)printf(Thread launched succeddfullyn);if (ret1 = 0)printf(Thread launched succeddfullyn);i = getchar();return (0);void *PrintThread(void * num)int i;for(i = 0;i o tgee -0ri mi i tIho