实验七：Linu多线程编程

1、实验七：Linux多线程编程（实验 报告）作者:日期:实验七：Linux多线程编程(4课时)实验目的：掌握线程的概念；熟悉 Linux下线程程序编译的过程；掌握多线程 程序编写方法。实验原理：为什么有了进程的概念后，还要再引入线程呢？使用多线程到底有哪 些好处？什么的系统应该选用多线程？我们首先必须回答这些问题。1多线程概念使用多线程的理由之一是和进程相比，它是一种非常 "节俭"的多任务操作方式。 运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间， 共享大部分 数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间。使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机

2、制。同一进程下的线程之间共享数 据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用， 这不仅快捷，而且方便。 2多线程编程函数|-Linux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 。pthread_t 在头文件 /usr/i nclude/bits/pthreadtypes.h中定义：typedef un sig ned long int pthread_t;它是一个线程的标识符。函数pthread_create用来创建一个线程，它的原型为：extern int p

3、thread_create(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。函数pthread_join用来等待一个线程的结束。函数原型为：extern int pthread _joi n(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

4、存储被等待线程的返回值。函数pthread_exit的函数原型为：exter n void pthread_exit(void *retval);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 。3修改线程的属性一线程属性结构为pthread_attr_t ，它在头文件/usr/include/pthread.h中定义。属性值不能直 接设置，一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

5、。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： PTHREAD_SCOPE_SYSTEM (绑定的)和 PTHREAD_SCOPE_PROCESS (非 绑定的)。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。4线程的数据处理和进程相比，线程的最大优点之一是数据的共享性，

6、各个进程共享父进程处沿袭 的数据段，可以方便的获得、修改数据。但这也给多线程编程带来了许多问题。我们必须当心有多个不同的进程访问相同的变量。许多函数是不可重入的，即同 时不能运行一个函数的多个拷贝(除非使用不同的数据段) 。在函数中声明的静 态变量常常带来问题，函数的返回值也会有问题。互斥锁互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。必要性显而易见：假设各个线程向同一个文件顺序写入数据，最后得到的结果一定是灾难性的。条件变量互斥锁一个明显的缺点是它只有两种状态：锁定和非锁定。而条件变量通过允许 线程阻塞和等待另一个线程发送信号的方法弥补了互斥锁的不足，它常和互斥锁一起使用。使用时，条件

7、变量被用来阻塞一个线程，当条件不满足时，线程往往 解开相应的互斥锁并等待条件发生变化。信号量信号量既可以作为二值计数器(即0,1),也可以作为资源计数器.信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。当公共资源增加时，调用函数 sem_post ()增加信号量。只有当信号量值大于0 时，才能使用公共资源，使用后，函数sem_wait ()减少信号量。函数sem_trywait ()和函数 pthread_ mutex_trylock ()起同样的作用，它是 函数sem_wait ()的非阻塞版本。实验内容：线程函数编译时需要添加特殊编译选项：gcc *.c -Ipthrea

8、d -o1、完成教材上thread.c的例子，想一下每次执行时结果相同吗，为什么？ 答：每个线程的运行和结束时无序的、独立与并行的。实验代码：/* thread.c */#include <stdio.h>#include <stdlib.h> |#include <pthread.h>#define THREAD_NUMBER 3 /* 线程数 */#defi ne REPEAT_NUMBER 5 /*每个线程中的小任务数 */#defi ne DELAY_TIME_LEVELS 6.0 /*小任务之间的最大时间间隔 */void *thrd_fu nc(

9、void *arg) /指针好乱，这里看不懂定义了什么，求解释/定义了一个返回值为指向空类型的指针的函数，该函数的参数为一个指针 /*线程函数例程*/int thrd_ num = (in t)arg; /这个是赋值吗？看不懂，求解释/定义了一个整型参数，取值为argint delay_time = 0;int count = 0;printf("Thread %d is starting'n", thrd_num);for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count+)delay_time = (in t)(ra nd(

10、) * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX) + 1;printf("tThread %d: job %d delay = %dn",thrd_num, count, delay_time);sleep(delay_time); / 暂停？秒/暂停随机秒/t输出一个Tab占8列|/ 输出格式 ： Thread thrd_num: job count delay = delay_time回车pr in tf("Thread %d fini shedn", thrd_ num);/ 输出格式： Thread thrd_num finish

11、ed回车pthread_exit(NULL);int main(v oid)pthread_t threadTHREAD_NUMBER;/定义了一个类型为pthread_t的数组，数组元素的个数为3int no = 0, res; |void * thrd_ret; /这句什么意思？求解释/定义了一个指针，指向哪里后面的程序里有。sran d(time(NULL); /这句什么意思？求解释/用系统时间计算一个随机数。for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; n o+)/*创建多线程*/res = pthread_create(&thread no, NUL

12、L, thrd_fu nc, (void*) no); /&thread no线程标识符/pthread_create函数的参数含义请看书。if (res != 0) /创建线程出错时res=错误码pri ntf("Create thread %d failedn", no);exit(res);/上面的不是退出进程，而是判断pthread_create ()函数是否成功执行。pri ntf("Create treads successn Wait ing for threads to fin ish. n“)；|/如果上面没退出进程，则创建线程成功for

13、 (no = 0; no < THREAD_NUMBER; n o+)/*等待线程结束*/res = pthread_j oin( thread no, & thrd_ret);/ threadno线程标识符，此例总共有 thread0 ，thread1 ，thread2 ， 3 个线程 / 请看书上 pthread_join()函数的参数含义。if (!res) /res=0 时，挂起线程成功/res=0 时，说明pthread_join ()函数执行成功。prin tf("Thread %d joi nedn", no);else |printf(&quo

14、t;Thread %d join failed'n", no);return 0;|2、完成教材上thread_mutex.c 例，查看运行情况。和上例比较有何不同, 想一下为什么会出现这种差异？答：这里3个线程之间的运行顺序跟创建线程的顺序相同。#include <stdio.h>|#include <stdlib.h>|#include <pthread.h>#define THREAD_NUM 3 /* 线程数 */#define REPEAT_NUM 3 /*每个线程的小任务数 */#define DELAY_TIME_LEVELS

15、 6.0 /*小任务之间的最大时间间隔*/pthread_mutex_t mutex;void *thrd_func(void *arg)int thrd_num = (int)arg;int delay_time = 0, count = 0;int res;/*互斥锁上锁*/res = pthread_mutex_lock(&mutex);if(res) |printf("Thread %d lock failed'n", thrd_num);pthread_exit(NULL);printf("Thread %d is starting

16、9;n", thrd_num);for(count = 0; count < REPEAT_NUM;count+)delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX) + 1;sleep(delay_time);printf("tThread %d: job %d delay = %dn",thrd_num, count, delay_time);printf("Thread %d finishedn", thrd_num);pthread_mutex_unlock (&

17、mutex);pthread_exit(NULL);int main(void) pthread_t threadTHREAD_NUM;int no = 0, res;void * thrd_ret;srand(time(NULL);/*互斥锁初始化*/pthread_mutex_init (&mutex, NULL);for (no = 0; no < THREAD_NUM; no+)res = pthread_create (&threadno, NULL, thrd_func, (void*)no); if (res != 0)|printf("Creat

18、e thread %d failed'n", no);|exit(res);printf("Create treads success n Waiting for threads to finish.n");for(no=0; no<THREAD_NUM;no+)res = pthread _join(threadno, &thrd_ret);if(!res) |printf("Thread %d joinedn",no);elseprintf("Thread %d join failedn",no);

19、pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0;3、完成教材上thread_attr .c例子，并运行查看结果，然后和前面两个例子比 较查看系统资源的差异。答：理论中线程在运行结束后就回收系统资源，并释放内存。程序代码：#include <stdio.h>#include <stdlib.h> |#include <pthread.h>#define REPEAT_NUMBER 3 /*线程中的小任务数 */#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任务之间的最大时间间隔*/int finish

20、_flag = 0;void *thrd_func(void *arg)int delay_time = 0;int count = 0;printf("Thread is starting'"');for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count+)delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX) + 1; sleep(delay_time);printf("tThread : job %d delay = %dn", count, delay_time);printf("Thread finished'n");finish_flag = 1;pthread_exit(NULL);int main(void)pthread_t thread;pthread_attr_t attr;int no = 0, res;void * thrd_ret;srand(time(NULL);/*初始化线程属性对象*/res = pthread_attr_init (&attr);if (r