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操作系统上机实验报告实验名称：进程和线程实验目的：理解unix/Linux下进程和线程的创建、并发执行过程。实验内容：1．进程的创建2．多线程应用实验步骤及分析：一、进程的创建下面这个C程序展示了UNIX系统中父进程创建子进程及各自分开活动的情况。fork()创建一个新进程。系统调用格式：pid=fork()参数定义：intfork()fork()返回值意义如下：0：在子进程中，pid变量保存的fork()返回值为0，表示当前进程是子进程。0：在父进程中，pid变量保存的fork()返回值为子进程的id值（进程唯一标识符）。-1：创建失败。如果fork()调用成功，它向父进程返回子进程的PID，并向子进程返回0，即fork()被调用了一次，但返回了两次。此时OS在内存中建立一个新进程，所建的新进程是调用fork()父进程（parentprocess）的副本，称为子进程（childprocess）。子进程继承了父进程的许多特性，并具有与父进程完全相同的用户级上下文。父进程与子进程并发执行。2、参考程序代码/*process.c*/#includestdio.h#includesys/types.hmain(intargc,char*argv[]){intpid;/*forkanotherprocess*/pid=fork();if(pid0){/*erroroccurred*/fprintf(stderr,ForkFailed);exit(-1);}elseif(pid==0){/*childprocess*/execlp(/bin/ls,ls,NULL);}else{/*parentprocess*//*parentwillwaitforthechildtocomplete*/wait(NULL);printf(ChildComplete);exit(0);}}3、编译和运行$gccprocess.c–oprocesss4、运行$./process编辑如图所示：运行如图所示：思考：（1）系统是怎样创建进程的？1,申请空白PCB（进程控制块）；2,为新进程分派资源；3,初始化PCB；4,将新进程插入就绪队列；（2）扩展程序，在父进程中输出1到5，在子进程中输出6-10，要求父子进程并发输出；记录实验结果，并给出简单分析。实验结果如图：二、多线程应用编写unix/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。下面是一个最简单的多线程程序example1.c。下面的示例中，要使用到两个函数，pthread_create和pthread_join，并声明了一个pthread_t型的变量。函数pthread_create用来创建一个线程，它的原型为：externintpthread_create__P((pthread_t*__thread,__constpthread_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。这里，我们的函数thread不需要参数，所以最后一个参数设为空指针。第二个参数我们也设为空指针，这样将生成默认属性的线程。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。函数pthread_join用来等待一个线程的结束。函数原型为：externintpthread_join__P((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：externvoidpthread_exit__P((void*__retval))__attribute__((__noreturn__));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。2、参考程序代码/*thread.c*/#includestdio.h#includepthread.hvoidthread(void){inti;for(i=0;i3;i++)printf(Thisisapthread.\n);}intmain(intargc,char*argv[]){pthread_tid;inti,ret;ret=pthread_create(&id,NULL,(void*)thread,NULL);if(ret!=0){printf(Createpthreaderror!\n);exit(1);}for(i=0;i3;i++)printf(Thisisthemainprocess.\n);pthread_join(id,NULL);return(0);}3、编译和运行编译此程序：gccexample1.c-lpthread-oexample1-lpthread:使用线程库运行example1，得到如下结果：Thisisthemainprocess.Thisisapthread.Thisisthemainprocess.Thisisthemainprocess.Thisisapthread.Thisisapthread.再次运行，可能得到如下结果：Thisisapthread.Thisisthemainprocess.Thisisapthread.Thisisthemainprocess.Thisisapthread.Thisisthemainprocess.编辑过程如图所示：执行如图所示：实验总结：在实验中很多粗心造成的问题，比如指令输错字母，代码写错字母，没有注意是否需要空格等。通过课堂的理论知识学习和实验课的上机实验，让我更能理解操作系统的知识。4、思考（1）程序运行后，进程thread中有几个线程存在？3个（2）为什么前后两次运行结果不一样？单核的cpu在处理多线程时每次只能执行一跳指令，也就是说无论你的程序有多少个线程，每一时刻执行的也只是一个线程里的代码，cpu会轮流给每个线程分配时间片，时间片分配到哪个线程头上，哪个线程里的代码就执行。但是多核cpu就不一样了，他可以同时执行多个线程里的代码，这才是真正的“多线程”。所以你那段程序，在单核的电脑上跑应该是没有问题的，但是在多核cpu的电脑上出现的结果就会有很大的随机性。5、程序的扩展试在本程序中再添加一个或多个其他线程，观测运行结果，充分理解多线程的含义。多添加一个线程，将会多一行Thisisapthread.和Thisisthemainprocess.结果如图所示：