西北工业大学-操作系统实验报告-实验四

实验四进程与线程一、实验目的（1）理解进程的独立空间；（2）理解线程的相关概念。二、实验内容与要求1、查阅资料，掌握进程创建和构造的相关知识和线程创建和构造的相关知识，了解C语言程序编写的相关知识；2、理解进程的独立空间的实验内容及步骤（1）编写一个程序，在其main（）函数中定义一个变量shared，对其进行循环加/减操作，并输出每次操作后的结果；（2）使用系统调用fork（）创建子进程，观察该变量的变化；（3）修改程序把shared变量定义到main（）函数之外，重复第（2）步操作，观察该变量的变化。3、理解线程的实验步骤（1）编写一个程序，在其main（）函数中创建一个（或多个）线程，观察该线程是如何与主线程并发运行的。输出每次操作后的结果；（2）在main()函数外定义一个变量shared（全局变量），在main()中创建一个线程，在main()中和新线程shared进行循环加/减操作，观察该变量的变化；（3）修改程序把shared变量定义到main（）函数之内，重复第（2）步操作，观察该变量的变化。4、对整个实验过程进行分析总结，给出详细步骤；(1)观察上述进程执行结果，并分析原因；(2)提交源程序清单，并附加流程图与注释。三、实验过程1、进程的与线程的创建和构造(1).进程的创建和构造进程简单来说就是在操作系统中运行的程序，它是操作系统资源管理的最小单位。但是进程是一个动态的实体，它是程序的一次执行过程。进程和程序的区别在于：进程是动态的，程序是静态的，进程是运行中的程序，而程序是一些保存在硬盘上的可执行代码。新的进程通过克隆旧的程序（当前进程）而建立。fork()和clone()（对于线程）系统调用可用来建立新的进程。（2）线程的创建和构造线程也称做轻量级进程。就像进程一样，线程在程序中是独立的、并发的执行路径，每个线程有它自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量。但是，与独立的进程相比，进程中的线程之间的独立程度要小。它们共享内存、文件句柄和其他每个进程应有的状态。线程的出现也并不是为了取代进程，而是对进程的功能作了扩展。进程可以支持多个线程，它们看似同时执行，但相互之间并不同步。一个进程中的多个线程共享相同的内存地址空间，这就意味着它们可以访问相同的变量和对象，而且它们从同一堆中分配对象。尽管这让线程之间共享信息变得更容易，但你必须小心，确保它们不会妨碍同一进程里的其他线程。线程与进程相似，是一段完成某个特定功能的代码，是程序中单个顺序的流控制，但与进程不同的是，同类的多个线程是共享同一块内存空间和一组系统资源的，而线程本身的数据通常只有微处理器的寄存器数据，以及一个供程序执行时使用的堆栈。所以系统在产生一个线程，或者在各个线程之间切换时，负担要比进程小得多，正因如此，线程也被称为轻型进程（light-weightprocess）。一个进程中可以包含多个线程。2、理解进程的独立空间流程图如下所示：YNYNY（1）编写一个程序，在其main（）函数中定义一个变量shared，对其进行循环加/减操作，并输出每次操作后的结果源程序如下所示:#includestdio.hintmain(){intshared=1;shared++;printf(%d\n,shared);shared--;shared=1pid=fork()ERROR输出shared操作输出shared操作pid0pid0pid==0printf(%d\n,shared);shared++;printf(%d\n,shared);shared--;printf(%d\n,shared);return0;}运行结果如图所示：（2）使用系统调用fork（）创建子进程，观察该变量的变化添加进程创建语句后，程序运行结果如下，子进程和父进程都执行了操作，且彼此之间对于同一个变量shared的自加操作互不影响。代码如下图所示：运行结果如下图所示：（3）修改程序把shared变量定义到main（）函数之外，重复第（2）步操作，观察该变量的变化。当把shared放到主函数之外时，运行结果和内部时相比，并未发生变化。3、理解线程流程图如下所示：开始开始设置全局变量shared创建主进程创建线程结束输出Shared的值Shared++Sleep1S开始创建主进程开始设置全局变量shared创建线程Sleep1SShared++（1）编写一个程序，在其main（）函数中创建一个（或多个）线程，观察该线程是如何与主线程并发运行的。输出每次操作后的结果源代码部分如下所示：运行结果如下图所示：输出Shared的值结束原文链接：=aladdin（2）Linux开发模式与FreeBSD开发模式的比较。（2）在main()函数外定义一个变量shared（全局变量），在main()中创建一个线程，在main()中和新线程shared进行循环加/减操作，观察该变量的变化源代码如下所示：运行结果如下图所示：（3）修改程序把shared变量定义到main（）函数之内，重复第（2）步操作，观察该变量的变化部分代码截图如下：在这种情况下，直接编译，会发生错误，截图如下：四、实验分析与总结1.对于fork()语句的使用还是不够熟练和清楚，在使用的过程中过于心急，对程序本真的内在含义理解不清楚，还要在课后认真的学习和弥补不足。2.实验过程中，交流很重要，不过还是要加强自己的学习能力，提高对程序的理解能力和使用技巧。3.开始时不知道该如何构造线程，在查看了资料之后，开始稍微有些明白了，在后面慢慢的实践过程中，逐步对线程的创建和使用等有了更加深入的了解。4.在理解线程的相关概念的实验中，应注意shared的全局性和局部性，而且在作为局部变量时，应注意print_thread_id()函数和pthread_create()函数的使用，因为后者的第四个参数是指针型变量，故在传递shared的值时应注意指针的使用。