大连东软信息学院-多核多线程-实验一

1、大连东软信息学院-多核多线程-实验一项目一 ：Windows*Threads多线程编程模块一：基础模块HelloHelloHelloHelloTliread Th"ild Thread Thread4编译执行, 简答与思考：输出结果:请按任意键继续.1写出修改后的HelloThreads的代码hello IhreadfThreadl 3Hello Throadtlhrv&A 8Hello Thread.*T2 Heilo Thread!hread 1 请按任意键处续. / HelloThreads.cpp :定?§ 义。？t空？制？台？ § 应？| 用？程

2、一？序.一 的 i 九 一 ？ 口 一 2 点 i ? ?e#include "stdafx.h"#include <windows.h> const int numThreads = 4;DWORD WINAPI helloFunc(LPVOID arg)int myNum=*(int *)arg);printf( "Hello Thread!Thread %d n" ,myNum); return 0;int main( int argc,_TCHAR* argv口)HANDLE hThreadnumThreads;int tNumnum

3、Threads;for ( int i = 0; i < numThreads; i+) tNumi=i;hThreadi=CreateThread(NULL, 0, helloFunc, &tNumi, 0, NULL );WaitForMultipleObjects(numThreads, hThread, TRUE, INFINITE); return 0;2项目总结。在主线程中循环调用CreateThread ()函 数生成四个子线程分别去执行helloFunc ()函数，并将线程的句柄保存在hThread数组中，CreateThread()的第四个参数给每个线程 传递参

4、数tNum获取该线程号，由helloFunc ()的参数接收并指向内容。由于主线程为每 个子线程传递了不同的参数，所以通过子线程 的执行结果可以判断出四个线程的执行顺序。 这个实验要我们初步认识了程序的并行化设 计思想，为以后的并行化程序设计打下了基 础。3模块二：临界区模块3编译执行，记录结果:calculation wasPi = The time .secondsof6编译执行，记录结果:Pi =- 15 -The time of calculationwas7,719600seconds7 加速比：1.90503951,并行效率:0.476259简答与思考：1如何进行并行化的？请写出并

5、行化的思路与 具体的代码。答：在程序中创建两个子线程，另主线程等待所 有的子线程执行结束后退出。代码：#include "stdafx.h"#include <windows.h>#include <time.h>static long num_steps=1000000000;const int gNumThreads=2;double step=0.0,pi=0.0,sum=0.0;CRITICAL_SECTION gCS;DWORD WINAPI threadFunction(LPVOID pArg)int myNum=*(int *)pArg

6、);double sum1=0.0,x;for ( int i=myNum; i< num_steps; i+=gNumThreads)x = (i+0.5)*step;sum1 = sum1 + 4.0/(1.0 + x*x);EnterCriticalSection(&gCS);sum+=sum1;LeaveCriticalSection(&gCS);return 0;int main( int argc,_TCHAR* argv口) clock_t start, stop;start = clock();HANDLE threadHandlesgNumThreads

7、;int tNumgNumThreads;InitializeCriticalSection(&gCS); step = 1.0/( double ) num_steps;for (int i=0;i<gNumThreads;+i)tNumi=i;threadHandlesi=CreateThread(NULL,0,threadFunction,&tNumi,0,NULL); WaitForMultipleObjects(gNumThreads,threadHandles,TRUE,INFINITE);DeleteCriticalSection(&gCS); |

8、pi = step * sum; stop = clock();printf( "Pi = %12.12fn",pi);printf( "The time of calculation was %f secondsn",( double )(stop - start)/1000.0);return 0;4在本模块中，哪些变量是需要保护的？为什 么？采取什么方法实现的？答：1)临界资源是需要保护的，也就是 sum变量，这里将对sum的更新操作定义为临界区 操作2)在多线程程序中，对于在子线程执行的代码中出现的被更新的全局变量要多加考虑, 因为具有这种特点的

9、变量，很有可能会引起数据冲突，如果处理不好会使程序产生功能性 错误3) EnterCriticalSection(&gCS);sum+=sum1;LeaveCriticalSection(&gCS);函数对临界区进行初始化，然后谓(月I EnterCriticalSection(&gCS);函数获取临界区的访问权，访问结束后调用LeaveCriticalSection(&gCS);函数释放临界区的访问权，在退出程序前需要调用DeleteCriticalSection(&gCS);函数注销临界区，释放临界区资源。3是否可以对该并行化方案进行进一步的优化？

10、如何优化？答：可以。更改创建线程的数目，分别计算出加速比和 效率，比较结果进行取舍。4项目总结。在使用临界区时，可以根据需要，在程序中 定义多个临界区对象，用来对不同的代码段进行 互斥访问，这样做的好处是可以增加程序的并行 度。总之，在设计多线程程序时，应该为每一个 需要互斥的共享资源定义一个临界区变量。模块三：事件模块3 编译执行)记录结果：Result isiesult is 0.69314218The time ofcalculation was10,y70000 secondsseconds4阅读代码，回答下面问题。(1)主线程共创建 5 个子线程。(2)各子线程调用的函数各是什么？D

11、WORD WINAPI threadProc(LPVOID par)DWORD WINAPI masterThreadProc(LPVOID par)(3)主线程等待 4个子线程的执行结束。6改进后的，编译执行，记录结果： Result isof calculation简答与思考：1 在 WINAPIThe timewassecondsthreadProc(LPVOID par)函数threadCount 的sums的访问没中为什么用临界区互斥了线程对 访问？为什么对于全局数据变量有互斥?WINAPI threadProc(LPVOIDpar)函数使用多线程执行的threadCount是记录线

12、程个数的，而它对于masterThreadProc ()函数要等待 所有线程(threadCount )做完对sums的计算， 然后再进行最后的四个线程结构的累加，它是这 两个函数的共享变量，对于它的操作必须原子 化，以保证每次只有一个线程对其自增，所以使用临界区互斥了每个线程对threadCount的访问，避免了数据冲突的发生。而对于数据变量sums每一个数组元素下标值 是每个子线程获得的参数，该参数标记了各个子 线程，sums数组分别对应每一个线程，从而使每 个子线程操作的变量分别保存在对应的数组元 素中，四个线程互不影响，所以并不需要互斥。2简述源代码中存在的问题，详述提出的改进方 案及

13、相关代码。源代码中为使“ master”子线程等待其余四个 子线程执行完毕，使用空循环保持“ master”子 线程的“等待”状态，这显然不是好的方法；改 进方案中使用了事件，事件用于线程间的执行顺 序以保证对共享资源操作的完整性，本程序中，“master”子线程是另外创建的，它需要另外四 个子线程的执行结果，所以需要等待以保证获得它们的结果后再进行操作，使用事件机制，程序 中定义四个未激发的人工重置事件，“ master” 子进程在执行时以wait方式等待事件被激发，由 于其余四个子线程在完成任务后将事件从未激 发设置为激发态，从而使“ master”子线程继续 执行余下操作#include

14、 "stdafx.h"#include <conio.h>#include <windows.h>#include <math.h>#include <time.h>#define NUMTHREADS 4#define SERIES_MEMBER_COUNT 100000HANDLE *threadHandles, masterThreadHandle,*eventHandles;CRITICAL_SECTION countCS;double *sums;double x = 1.0, res = 0.0;int threa

15、dCount = 0;double getMember( int n, double x)double numerator = 1;for ( int i=0; i<n; i+ ) numerator = numerator*x;if ( n % 2 = 0 )return ( - numerator / n );elsereturn numerator/n;DWORD WINAPI threadProc(LPVOID par)int threadindex = *( int *)par);sumsthreadIndex = 0;for (int i=threadIndex; i<

16、SERIES_MEMBER_COUNT;i+=NUMTHREADS)sumsthreadIndex += getMember(i+1, x);SetEvent(eventHandlesthreadIndex);/Signal Master thread that one more processing thread is done/EnterCriticalSection(&countCS);/threadCount+;/LeaveCriticalSection(&countCS);delete par;return 0;DWORD WINAPI masterThreadPro

17、c(LPVOID par)for ( int i=0; i<NUMTHREADS+ + ) ResumeThread(threadHandlesi); / Start computing threads/while (threadCount != NUMTHREADS) / busy wait until all threads are done with computation of partial sumsWaitForMultipleObjects(NUMTHREADS,eventHandles,TRUE,INFINITE);res = 0;for (int i=0; i<N

18、UMTHREADS; i+)res += sumsi;return 0;int main()clock_t start,stop;threadHandles = new HANDLENUMTHREADS + 1;eventHandles = newHANDLENUMTHREADS +1 ;/InitializeCriticalSection(&countCS);sums = new double NUMTHREADS;start=clock();for (int i=0; i<NUMTHREADS;i+)int * threadIdPtr = new int ;*threadId

19、Ptr = i;threadHandlesi = CreateThread(NULL, 0, threadProc, threadIdPtr,CREATE_SUSPENDED, NULL);eventHandlesi=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);threadHandlesNUMTHREADS = CreateThread(NULL, 0, masterThreadProc, NULL, 0, NULL);,SERIES_MEMBER_COUNT);printf( "Count of ln(1 + x) Mercator's series

20、 members is %dn",(double )x);printf( "Argument value of x is %fn"WaitForMultipleObjects(NUMTHREADS+1,threadHandles,TRUE,INFINITE);stop=clock();for (int i=0; i<NUMTHREADS+1; i+ ) CloseHandle(threadHandlesi);delete threadHandles;delete eventHandles;/DeleteCriticalSection(&countCS

21、);delete sums;printf( "Result is %10.8fn", res);printf( "By function call ln(1 + %f) = %10.8fn",x, log(1+x);printf( "The time of calculation was %f secondsn" ,( double )(stop-start)/1000.0);printf( "Press any key .");getch();return 0;3是否可以对该并行化方案进行进一步的优化？如何优化？

22、线程在被创建时就执行，不再去唤醒, “master”只需等待事件被激发，效率就会有所 提高。4项目总结。模块四：信号量模块3这是串行代码实现，编译执行，记录结果Total Words =784719Total n Woi-ds： = 494314Total Odd= 490405i_Il_Jl_ I_LjJ1_I6编译执行并行版本，多次运行，记录结果: 第1次执行结果：Petal Uords =976922Petal Even Uords = -492827otal Odd Hords = 489100第2次执行结果:Total Uords =?73817Total Even Woi*ds =

23、 4731?3Total Odd IPopds = 485148第3次执行结果:Total Uat'ds =935649Total Euen Uords = 493005TotAl Odd Words = 488S3110修正后项目的输出结果为:tai Words =984719ratal £ven Weirds = 494314fotal Odd ords = 490405_I I_j L_*_ I_LjJ I_I简答与思考：1 Semaphores项目与SemaphoreT项目执行结 果不一致的原因是什么？在多线程中 fd 和 TotalWords ,TotalEvent

24、Words )TotalOddWords 属于共享变量，在并发执行的过程中会造成数据冲突。fd对于每个线程是互斥的，是因为在文件指针往下 一行改变时，不准许其它线程对该操作有影响， 不然就会造成该问题的计数结果不正确的现象； 而 TotalWords , TotalEventWords , TotalOddWords 这几个变量，是计算总的字符 串个数，含有偶数数量字符的字符串的个数及含 有奇数个字符的字符串的个数， 毋庸置疑，它们 也是共享资源，在对他们进行累加时，要注意数 据冲突。2如何修改SemaphoreT项目源代码？写出修 改思路和关键代码。可以采用临界区的方法去做，也可以采用信 号

25、量。信号量也是一种内核对象，它可以对当前 的资源计数，这是与临界区最大的不同，当资源 数量大于0时，等待该信号量的线程就可以获得 该资源得以继续执行。改进方案：在代码中应用两个信号量 hSeml, hSem2, hSeml用于线程对文件指针 fd 的互斥，hSem2用于对全局变量TotalWords , TotalEventWords , TotalOddWords 的互斥，对于每一个子线程，由于我们的思路是按行计算， 然后累加的，对于偶数数量字符的字符串的个数 以及含有奇数数量字符串的个数计算，要注意采取巧妙点的处理办法。#include "stdafx.h"#inclu

26、de <windows.h>#include <stdio.h>#include <time.h>FILE *fd;int TotalEvenWords = 0, TotalOddWords = 0, TotalWords = 0;HANDLE hSem1,hSem2;const int NUMTHREADS = 4;int GetNextLine(FILE *f, char *Line)if (fgets(Line, 132, f)=NULL) if (feof(f) return EOF; else return 1;int GetWordAndLett

27、erCount( char *Line)int Word_Count = 0,OddWords=0,EvenWords=0, Letter_Count = 0;for ( int i=0;i<132;i+) if (Linei!=' ' )&&(Linei!=0)&&(Linei!=''n' ) Letter_Count+;else if (Letter_Count!=0)if (Letter_Count % 2) OddWords+;Word_Count+;Letter_Count = 0; else EvenWords+;Word_Count+;Letter_Count = 0; if (Linei=0) break; return (Word_Count*10000+OddWords*100+EvenWords);DWORD WINAPI CountWords(LPVOID arg)BOOL bDone = FALSE ;char inLine132;int lCount=0;while (!bDone) WaitForSingleObject(hSem1,INFINITE); / 进？ bDone = (GetNextLine(fd, inLine) =