操作系统：进程,线程,互斥

西安郵電大學西安郵電大學 操作系统设计报告 题题 目 进程 线程 互斥锁目 进程 线程 互斥锁 院系名称 院系名称 计算机学院计算机学院 专业名称 专业名称 软件工程软件工程 班班 级 级 学生姓名 学生姓名 学号 学号 8 位 位 指导教师 指导教师 舒新峰舒新峰 设计起止时间 设计起止时间 2013 11 10 2013 11 20 一 一 设计目的设计目的 1 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 2 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 POSIX 规范中 pthread create 函数的功能和使用方法 3 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 二二 设计内容设计内容 1 创建一个进程 父子进程 相互交替执行 输出子进程号和进程 ID 2 创建三个线程 输出三个线程运行的次数和当前主线程运行次数以及三 个线程次数和 3 使用 POSIX 规范中的互斥函数 实现加锁解锁 4 信号量机制的方法 实现进程的加锁解锁 三 三 概要设计概要设计 1 生成一个进程 通过 switch 判断 来确定生成的进程 是子进程还是父进程 还是错误的 子进程号定义为全局变量 利 用 kill 杀死进程 退出程序 2 利用循环创建三个线程 do while 循环 每运行一次 输 出三个线程运行的次数 当输入 q 时候 退出程序 3 创建一个线程 在循环中进行申请资源 释放资源 加锁 以及解锁的操作 熟悉互斥锁的工作方式 4 4 详细设计详细设计 1 1 进程交替进行 进程交替进行 当程序执行到 for i 0 i child proc number i 循环后 调用 fork 函数创 建第一个子进程 然后父进程与该子进程交替执行 当子进程抢到 cpu 时继续 往下执行 case 0 语句中的 do something 语句 执行死循环 for 输出该 进程的相关内容 并 sleep 给其他进程抢占 cpu 的机会 这样就会使得进程 交替的执行 2 2 killkill 命令杀死进程命令杀死进程 while ch getchar q if isdigit ch i ch 0 kill pid i SIGTERM for i 0 i 10 i kill pid i SIGTERM return 3 3 进程运行次数进程运行次数 do unsigned long long sum 0 for i 0 i MAX THREAD i sum counter i printf llu n counter i printf llu llu n main counter sum while ch getchar q 4 4 进程加锁 解锁进程加锁 解锁 a for i 0 i LOOP TIMES i pthread mutex lock pthread mutex lock critical section 1 i pthread mutex unlock pthread mutex unlock pthread mutex destroy pthread mutex destroy b for i 0 i LOOP TIMES i sem wait sem wait critical section 1 i sem post sem post sem destroy sem destroy 五 测试数据及运行结果五 测试数据及运行结果 1 进程 各进程交替执行 无确定顺序 当输入要删除的进程编号时会调用一次 kill 最后输入 q 结束时会调用一次 kill 输入 q 则显示 已终止 整个程序执行结束 2 线程 输出个各线程运行的次数 main counter 和 sum 的值 3 互斥锁 2 异常测试数据及运行结果 死锁 死锁 六 调试情况 设计技巧及体会六 调试情况 设计技巧及体会 1 改进方案 1 POSIX 规范中 fork 和 kill 都是有返回值的 为了程序更加严谨 应该在 kill 命令也使用接受返回值 如果返回值为 1 则退出 2 程序退出时候使用了 return 但是书上介绍调用 exit 结束的方式会比 较好 这个需要以后注意 3 在有些地方 不应该使用死循环 虽然最后可以 q 退出 但是这样会导致 CPU 利用率很大 2 体会 在进程 线程 互斥锁编程序以后 自己对系统的运行以及管理有了初步的 了解 也明白了进程和线程都是操作系统的程序运行的基本单元 明白了进程 的创建 杀死 父子进程的关系 线程的并发执行 互斥锁的用法 但是自己 还是知道自己在这些方面的使用还不是特别的熟练 自己还需要在以后的学习 中 多多的写这方面的程序 以达到熟练掌握进程 线程 互斥锁的知识 7 7 代码代码 1 1 include include include include include include define MAX CHILD NUMBER 10 define SLEEP INTERVAL 2 int proc number 0 void do something main int argc char argv printf proc num p n int child proc number MAX CHILD NUMBER int i ch pid t child pid pid t pid 10 0 if argc 1 child proc number atoi argv 1 child proc number child proc number 10 10 child proc number for i 0 i child proc number i child pid fork switch child pid case 1 perror fork error break case 0 proc number i do something break default pid i child pid break while ch getchar q if isdigit ch i ch 0 kill pid i SIGTERM for i 0 i 10 i kill pid i SIGTERM return void do something int i printf proc num p for i 0 i 10 i printf This is process No d and its pid is d n proc number getpid sleep SLEEP INTERVAL 2 2 include include include include include define MAX THREAD 3 unsigned long long main counter counter MAX THREAD void thread worker void int main int argc char argv int i ch pthread t pthread id MAX THREAD 0 for i 0 i MAX THREAD i pthread create do unsigned long long sum 0 for i 0 i MAX THREAD i sum counter i printf llu n counter i printf llu llu n main counter sum while ch getchar q return 0 void thread worker void p int thread num thread num int p for counter thread num main counter 3 3 代码代码 1 include include include include include define LOOP TIMES 10000 pthread mutex t mutex1 PTHREAD MUTEX INITIALIZER pthread mutex t mutex2 PTHREAD MUTEX INITIALIZER void thread worker void void critical section int thread num int i int main void int rtn i pthread t pthread id 0 rtn pthread create if rtn 0 printf pthread create ERROR n return 1 for i 0 i LOOP TIMES i pthread mutex lock pthread mutex lock critical section 1 i pthread mutex unlock pthread mutex unlock pthread mutex destroy pthread mutex destroy return 0 void thread worker void p int i for i 0 i LOOP TIMES i pthread mutex lock pthread mutex lock critical section 2 i pthread mutex unlock pthread mutex unlock void critical section int thread num int i printf Thread d d n thread num i 代码代码 2 include include include include include include include define LOOP TIMES 10000 sem t S1 S2 void thread worker void void critical section int thread num int i int main int rtn i sem init sem init pthread t pthread id 0 rtn pthread create if rtn 0 perror pthread create exit EXIT FAILURE for i 0 i LOOP TIMES i sem wait sem wait critical section 1 i sem post sem p