重庆大学操作系统实验1

实验1多线程和多进程的管理目录基础知识介绍进程编程基础知识线程编程基础知识实验目的实验内容实验要求基础知识介绍进程编程基础知识进程标识符：每个进程都有一个非负整型表示的唯一进程ID，除了进程ID，每个进程还有一些其他的标识符。可通过下列函数来返回。pid_tgetpid(void);//返回调用进程的进程IDpid_tgetppid(void);//返回调用进程的父进程IDuid_tgetuid(void);//返回调用进程的实际用户IDuid_tgeteuid(void);//返回调用进程的有效用户IDgid_tgetgid(void);//返回调用进程的实际组IDgid_tgetegid(void);//返回调用进程的有效组ID基础知识介绍进程编程基础知识进程创建的时机用户登录：为用户创建一个进程。作业调度：将作业装入内存，分配资源，创建进程。提供服务：服务于某种服务请求，创建一系列的后台服务进程。应用请求：由应用进程本身创建，让子进程和自己并发运行。基础知识介绍进程编程基础知识进程的创建过程：取空白PCB，生成惟一的进程标识号。为新进程分配必要的资源（包括程序段、数据段、栈段）。初始化PCB。将新进程的PCB插入就绪队列。基础知识介绍进程编程基础知识Linux中进程的创建Linux启动在内核态，在系统初始化结束时，初始进程启动一个核心进程（称为init），除了init进程外，Linux中的所有进程都是由其他进程创建的。使用系统调用fork()进行进程的创建。子进程是父进程的映像，子进程除了进程的状态、标识和与时间有关的控制项外，其余都与父进程相同。基础知识介绍进程编程基础知识fork系统调用当进程调用fork创建子进程后，根据fork的返回值来判断：当前执行的是父进程的程序段还是子进程的程序段。返回值：等于0，当前进程是子进程。大于0，当前进程是父进程，返回值是子进程的ID。等于-1，创建失败。格式：intpid_tfork(void);头文件：#includesys/types.h//提供pid_t的定义#includeunistd.h基础知识介绍进程编程基础知识当一个程序中调用fork函数后，内核会完成如下工作：内核系统分配新的内存块和内核数据结构。复制原来的进程到新的进程。向运行进程集添加新的进程。将进程号返回给两个进程。基础知识介绍进程编程基础知识1.父进程为什么要创建子进程？多用户操作系统、竞争资源、创建子进程争夺资源、父子进程一起从fork处继续执行。2.父进程创建子进程后，子进程能不能执行不同的程序？答案是可以的，这种情况下，子进程从fork返回后要立即调用exec系统调用来实现。3.怎样才能使父进程在子进程结束之后才执行？调用wait系统调用来实现父子进程同步执行。基础知识介绍进程编程基础知识exec系统调用用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程完全由新程序代换，而新程序则从其main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。有六种不同的exec函数，它们被统称为exec函数。基础知识介绍进程编程基础知识execl(constchar*filepath,constchar*arg1,char*arg2......)execv(constchar*filepath,char*argv[])execle(constchar*filepath,constchar*arg1,constchar*arg2,.....,char*consenvp[])execve(constchar*filepath,char*argv[],char*constenvp[])execlp(constchar*filename,constchar*arg1,constchar*arg2.....)execvp(constchar*filename,char*argv[])基础知识介绍进程编程基础知识进程终止1）进程正常结束在进程执行期间调用exit系统调用。2）进程的异常结束在进程运行期间，由于出现错误或故障而被迫结束。exit系统调用格式：voidexit（status）参数status是调用进程终止时传递给父进程的值。如果调用进程还有子进程，则将其所用子进程的父进程改为1号进程。基础知识介绍进程编程基础知识wait系统调用wait函数用于使父进程阻塞，直到一个子进程结束。父进程调用wait，该父进程可能会：a)阻塞b)带子进程的终止状态立即返回c)出错立即返回格式：pid_twait(int*status)参数status是一个指向int类型的指针，用来保存被收集进程退出时的一些状态。但如果我们对子进程是如何死掉的毫不在意，则pid=wait（NULL）；头文件：#includesys/types.h#includesys/wait.h基础知识介绍线程编程基础知识1.线程标识就像每个进程都有一个进程ID一样，每个线程也有一个线程ID，但线程ID只在它所属的进程环境中有效。定义方法为：pthread_tid;2.线程创建1）pthread库Linux下的多线程遵循POSIX线程接口，称为pthread。pthread是一套用户级线程库,具有很好的移植性。但在linux上实现时,却使用了内核级线程来完成,这样提高的线程的并发性。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pthread。gccexample.c-lpthread-oexample基础知识介绍线程编程基础知识2）pthread系统调用pthread_create()：创建一个线程。pthread_join()：阻塞当前的线程，直到另外一个线程运行结束。pthread_exit()：终止当前线程。pthread_cancel()：中断另外一个线程的运行。pthread_attr_init()：初始化线程的属性。pthread_attr_setdetachstate()：设置脱离状态的属性（决定这个线程在终止时是否可以被结合）。pthread_attr_getdetachstate()：获取脱离状态的属性。pthread_attr_destroy()：删除线程的属性。pthread_kill()：向线程发送一个信号。基础知识介绍线程编程基础知识pthread_create函数用来创建一个线程，它的原型为：intpthread_create(pthread_t*tidp,pthread_attr_t*attr，void*(*start_routine)(void*)，void*arg);参数1：指向线程标识符的指针。参数2：用来设置线程属性，若为NULL，则用默认属性。参数3：新线程运行函数的起始地址。参数4：运行函数的参数。正确返回：0。线程标识存放在thread中错误返回：非0的错误代码。基础知识介绍线程编程基础知识pthread_join函数用来等待一个线程的结束，函数原型为：intpthread_join(pthread_tth,void**thread_return);参数1：为等待终止的子线程标识符。参数2：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。基础知识介绍线程编程基础知识pthread_exit函数用来终止线程，函数原型为：voidpthread_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。实验目的加深对进程概念的理解，明确进程与线程的区别。掌握Linux进程创建和撤销的方法，进一步认识并发执行的实质。了解多线程的程序设计方法。实验内容-多进程和多线程进程创建关系如图所示1号进程创建2，3号两个进程2号进程创建两个线程Thread1，Thread2Thread1：求（1~n）之间的素数Thread2：生成Fibonacci序列3号进程创建4，5号两个进程4号进程执行系统命令，ls，ps，cp等5号进程执行一个用户编写的可执行文件每个进程输出自己的进程ID和父进程的进程ID，观察分析，并画出程序的进程树结构。12345学号为奇数同学完成实验内容-多进程和多线程进程创建关系如图所示1号进程创建2，3号两个进程2号进程执行系统命令，ls，ps，cp等3号进程创建4，5号两个进程4号进程创建两个线程Thread1，Thread2Thread1：求（1~n）之间的素数Thread2：生成Fibonacci序列5号进程执行一个用户编写的可执行文件每个进程输出自己的进程ID和父进程的进程ID，观察分析，并画出程序的进程树结构。12345学号为偶数同学完成实验要求1.按照要求编写程序，放在相应的目录中，编译成功后执行，并分析实验结果。2.比较进程退出的不同方式之间的区别。3.了解fork、exec、exit、wait等系统调用的用法和原理。4.掌握多线程创建最常用的三个函数pthread_create，pthread_join和pthread_exit的用法。5.根据实际完成内容写实验报告，在报告中记录实验过程中遇到的问题和针对问题的解决方案。6.提交形式：压缩包，包含源码和实验报告。实验报告和压缩包命名都为：班号+学号+姓名+实验1。例：01+20151234+王小二+实验1。不接收命名错误的实验报告。提交至sakai。（01郭平，02石亮，03石锐，04何静媛）