OS03 2知识点和上机作业

1、第二 / 三章：进程与线程掌握要点：1.2.3.4.5.6.7.掌握并发执行的特征与条件。 理解进程的概念与状态（转换）。 linux 的进程 （任务 ）控制块都包含了进程的那些信息 ? 进程间通信有那几种方式 !各自的工作原理 ? 简述进程的创建过程以及 fork 函数与 vfork 函数的区别。 比较线程和进程的优缺点 ! 用户级线程和内核级线程的概念及各自特点。上机作业：共2源程序， 2个可执行程序 ）：1.观看 03_pth1.c 运行过程中进程 （线程）的变化 !简述这种变化出现的原因!#include #include int sum ； /* this data is share

2、d by the thread(s) */ void *runner(void *param)； /* the thread */main(int argc,char *argv) pthread_t tid ； /* the thread indentifier */ pthread_attr_t attr； /*set of thread attributes */if(argc!=2)%s n ， argv0);fprintf(stderr,usageexit(); if(atoi(argv1)0) fprintf(stderr ， %d must be 0)for(i=1 ； i=up

3、per ； i+) sum += i; pthread_exit(0) ；补充材料一： linux 多线程编程 pthreadLinux 系统下的多线程遵循 POSIX 线程接口， 称为 pthread 。编写 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 。要注意的是： Linux 下 pthread 的实现是通过系统调用 clone （） 来实现的。 clone （） 是 Linux 所特有的系统调用，它的使用方式类似 fork ，关于 clone （）的详细情况，可以 去查看有关文档说明或查看 linux 中的说明。下面我

4、们展示一个最简单的多线程程序 03_example1.c( 上机作业 )。 /* example.c*/#include #include void thread(void) int i ； for(i=0 ； i3 ；i+) printf(This is a pthread.n)； int main(void) 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

5、3 ；i+) printf(This is the main process.n)；pthread_join(id,NULL) ； return (0) ；编译此程序：gcc 03_example1.c -lpthread -o example1 运行 example1 ，我们得到如下结果： 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，我们可能得到如下结果： This i

6、s 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.前后两次结果不一样，这是两个线程争夺CPU 资源的结果。pthread_create 和 pthread_join ，并声明上面的示例中，我们使用到了两个函数，了一个 pthread_t 型的变量。中定义：1 )pthread_t 在头文件 /usr/include/bits/pthreadtypes.h typedef unsigned long i

7、nt pthread_t; 它是一个线程的标识符。2 )函数 pthread_create 用来创建一个线程，它的原型为：extern int pthread_create (pthread_t *_thread, _const pthread_attr_t *_attr,第三个参数是线 thread 不需 这样将生成默认属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， 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 要参数， 所以最后一个参数设为空指针。 第二

8、个参数我们也设为空指针， 性的线程。 对线程属性的设定和修改我们将在下一节阐述。 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。3 )函数 pthread_join 用来等待一个线程的结束。函数原型为： extern int pthread_join (pthread_t _th, void *_thread_return);

9、 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 (void *_retval) _attribute_ (_noreturn_);唯一的参数是函数的返回代码， 只要 pthread_join 中

10、的第二个参数 thread_return 是 NULL ，这个值将被传递给 thread_return 。最后要说明的是， 一个线程不能被多个线程 等待，否则第一个接收到信号的线程成功返回，其余调用 pthread_join 的线程则返回错误 代码 ESRCH 。补充材料二：修改线程的属性在上一节的例子里，我们用 pthread_create 函数创建了一个线程，在这个线程中，我 们使用了默认参数，即将该函数的第二个参数设为 NULL 。的确，对大多数程序来说，使用 默认属性就够了，但我们还是有必要来了解一下线程的有关属性。属性结构为 pthread_attr_t ，它同样在头文件 /usr/

11、include/pthread.h 中定义，喜 欢追根问底的人可以自己去查看。 属性值不能直接设置， 须使用相关函数进行操作， 初始化 的函数为 pthread_attr_init ，这个函数必须在 pthread_create 函数之前调用。属性对象 主要包括是否绑定、是否分离、堆栈地址、堆栈大小、优先级。默认的属性为非绑定、非分 离、缺省 1M 的堆栈、与父进程同样级别的优先级。）。关于线程的绑定，牵涉到另外一个概念：轻权进程（ LWP ： Light Weight Process轻权进程可以理解为内核线程， 它位于用户层和系统层之间。 系统对线程资源的分配、 对线 程的控制是通过轻权进程

12、来实现的，一个轻权进程可以控制一个或多个线程。默认状况下， 启动多少轻权进程、 哪些轻权进程来控制哪些线程是由系统来控制的， 这种状况即称为非绑 定的。绑定状况下，则顾名思义，即某个线程固定的绑 在一个轻权进程之上。被绑定的线程具有较高的响应速度，这是因为 CPU 时间片的调度是面向轻权进程的，绑定的线程可以 保证在需要的时候它总有一个轻权进程可用。 通过设置被绑定的轻权进程的优先级和调度级 可以使得绑定的线程满足诸如实时反应之类的要求。设置线程绑定状态的函数为 pthread_attr_setscope ，它有两个参数， 第一个是指向属 性结构的指针，第二个是绑定类型，它有两个取值： PTH

13、READ_SCOPE_SYSTEM （绑定 的）和 PTHREAD_SCOPE_PROCESS （非绑定的）。下面的代码即创建了一个绑定的线 程。#include pthread_attr_t attr; pthread_t tid;/* 初始化属性值，均设为默认值 */ pthread_attr_init(&attr);pthread_attr_setscope(&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);pthread_create(&tid, &attr, (void *) my_function, NULL);线程的分离状态决定一个线程以什么样的方式来终止自己。 在上面的

14、例子中， 我们采用 了线程的默认属性，即为非分离状态，这种情况下，原有的线程等待创建的线程结束。只有 当 pthread_join （）函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源。 而分离线程不是这样子的， 它没有被其他的线程所等待， 自己运行结束了， 线程也就终止了， 马上释放系统资源。程序员应该根据自己的需要，选择适当的分离状态。设置线程分离状态的函数为 pthread_attr_setdetachstate( pthread_attr_t *attr,int detachstate )。第二个参数可选为 PTHREAD_CREATE_DETACHED (分离线程) 和 P

15、THREAD _CREATE_JOINABLE （非分离线程）。这里要注意的一点是，如果设置 一个线程为分离线程，而这个线程运行又非常快，它很可能在 pthread_create 函数返回之 前就终止了，它终止以后就可能将线程号和系统资源移交给其他的线程使用，这样调用 pthread_create 的线程就得到了错误的线程号。 要避免这种情况可以采取一定的同步措施， 最简单的方法之一是可以在被创建的线程里调用 pthread_cond_timewait 函数，让这个线 程等待一会儿，留出足够的时间让函数 pthread_create 返回。设置一段等待时间，是在多 线程编程里常用的方法。但是注

16、意不要使用诸如 wait （）之类的函数，它们是使整个进程 睡眠，并不能解决线程同步的问题。另外一个可能常用的属性是线程的优先级，它存放在结构 sched_param 中。用函数 pthread_attr_getschedparam 和函数 pthread_attr_setschedparam 进行存放， 一般说 来，我们总是先取优先级，对取得的值修改后再存放回去。下面即是一段简单的例子。#include #include pthread_attr_t attr ； pthread_t tid ； sched_param param ； int newprio=20 ；pthread_attr

17、_init(&attr) ； pthread_attr_getschedparam(&attr, ¶m) param.sched_priority=newprio ； pthread_attr_setschedparam(&attr, ¶m) pthread_create(&tid, &attr, (void *)myfunction, myarg)补充材料三：学习指导：操作系统管理的对象包括被动体 （资源） 和活动体， 本章在组织上将操作系统中的三种 活动体（作业、进程与线程）集中介绍，目的是使读者更清楚地认识三者之间的关系。考虑 由于批处理系统越来越少，作业这个概念将被适当

18、淡化。进程是操作系统最重要的概念之一，读者应从“动态”与“并发”两个方面去理解进 程。 进程状态转换图刻画了进程的动态性与并发性，所有进程的状态转换图是同构的， 每个进程在其生存期内状态要经过许多次转换，每次转换都伴随现场的保存与恢复， PCB 是 使多进程能够并发执行的重要数据结构。线程是近年来操作系统中的一个重要概念， 本质上来说， 线程就是具有公共存储区的进 程。 由于公共存储区的存在， 同一进程中多个线程之间的通讯变得容易， 线程切换速度得到 提高。 用户级线程与系统级线程各有其优点和不足， 也正因为这个原因， 在操作系统支持多 线程后，用户级线程仍被保持。补充材料四：部分习题与答案：

19、1. 为何引入多道程序设计 ? 在多道程序系统中，内存中作业的道数是否越多越好 ? 请 说明原因。答：引入多道程序设计技术是为了提高计算机系统资源的利用率。在多道程序系统中， 内存中作业的道数并非越多越好。 一个计算机系统中的内存、 外设等资源是有限的， 只能容 纳适当数量的作业，当作业道数增加时，将导致对资源的竞争激烈，系统开销增大，从而导 致作业的执行缓慢，系统效率下降。这种说法对吗？如不对举2. 有人说， 用户进程所执行的程序一定是用户自己编写的。 例说明之。答：这种说法不对。例如， C 编译程序以用户进程身份运行，但 C 编译程序并不是用 户自己编写的。此外还有字处理程序等工具软件。3

20、. 进程一般具有哪三个主要状态？举例说明状态转换的原因。 答：进程在其生存期内可能处于如下三种基本状态之一显然，在单处理机系统中(1) 运行态 ( Run ): 进程占有处理机资源，正在运行。 任一时刻只能有一个进程处于此种状态 ;(2) 就绪态 ( Ready ): 进程本身具备运行条件，但由于处理机的个数少于可运行进 程的个数，暂未投入运行。 即相当于等待处理机资源 ;(3) 等待态 ( Wait ): 也称挂起态 ( Suspended )、封锁态 ( Blocked )、睡眠态 ( Sleep ) 。 进程本身不具备运行条件，即使分给它处理机也不能运行。 进程正等待某一个事件的发生，如等待某一资源被释放，等待与该进程相关的 I/O 传输的完成 信号等。进程的三个基本状态之间是可以相互转换的。 具体地说，当一个就绪进程获得处理 机时，其状态由就绪变为运行 ; 当一个运行进程被剥夺处理机时，如用完系统分给它的时 间片，或出现高优先级别的其它进程，其状态由运行变为就绪; 当一个运行进程因某事件受阻时， 如所申请资源被占用， 启动 I/O 传输未完成， 其状态由运行变为等待 ; 当所等待事 件发生时，如得到申请资源， I/O 传输完成，其状态由等待变为就绪。4. 线程控制块 TCB 中一般应包含那些内容？ 答：一般 TCB 中的内容较少，因为有关资源分配等多数信息已经