多线程编程

Linux操作系统实验报告

填写时间：2012年6月6日课程名称Linux操作系统实验教程

实验名称多线程编程

姓名邱爽学号2009221104210047 专业年级09计一

一、实验目的：（1）掌握Linux操作系统中进程和线程的概念

（2）掌握Linux操作系统中多线程编程的基本原理和方法

（3）学会利用创建多线程并实现简单的功能

二、实验设备：

装有Linux操作系统（Ubuntu或Deepin）的PC机一台

三、实验原理：

1、进程与线程的概念

进程与线程都是现代操作系统中程序运行的基本单位，多用户、多任务操作系统利用进程和线程来实现对应用任务的并发性。通俗地讲，进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次并发执行的运行活动，是一种有生命周期的动态实体，是支持程序执行的一种系统机制。在单线成结构进程中，进程作为构成系统的基本实体，及时内部独立的执行单元，又是独立竞争资源的基本单元。在多线程进程中，进程是系统进行资源分配和保护的基本大院，而线程是进程内独立的执行单元，即一条执行路径。线程包含独立的堆栈和处理器及寄存器状态，每个线程共享器所附属进程的所有资源。

线程与进程的关系主要包括以下几个方面：

（1）进程是资源分配和管理的基本单位，线程是程序执行的独立单位；

（2）进程在执行过程汇总拥有独立的主存空间，而线程不能够独立存在，必须运行在所属进程的地址空间内。

（3）线程属于进程的组成部分，进程课包含多个线程。当进程被撤销是，改进程所产生的线程都会被强制撤销。

2、多线程编程

线程在进程的基础上作进一步抽象，也就是说一个进程分为两个部分：线程集合和资源集合。线程是进程中的动态对象，它是一个独立的控制流，进程中的所有线程将共享进程拥有的资源。

在Linux中，可把线程分为内核线程、内核支持的用户线程和线程库支持的用户线程等3种类型。其中，内核编程负责实现一个指定系统功能；内核支持的用户线程实质上是特殊的进程，能被单独调度和运行；用户进程是通过线程库实现的，内核不参与调度，线程库提供同步和调度方法。

我们做实验所用到的正是多线程编程里的用户线程。每个用户线程都可以有自己的用户栈，即用来保存用户级寄存器上下文以及信号屏蔽等状态信息的主存区。线程库支持的用户线程不是真正的调度实体，内核对他们一无所知，而只是调度用户线程所属的线程，这些进程再通过线程库函数来调度进程内的用户线程。

3、线程控制

（1）线程创建

#include

int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict

attr, void *(*start_rtn)(void), void *restrict arg);

pthread_create()在调用线程的地址空间内创建一个新线程来运行。参数tidp为指向线程标识符的指针，可以使用attr参数来为新线程定义不同属性。使用默认属性时，将NULL赋给attr参数。第3个和第4个参数指定的函数star_rtn和传递给函数的参数arg。函数犯规0表示成功，非0表示失败。

（2）线程等待

#include

int pthread_join(pthread_t thread, void **status);

父进程可以使用pthread_join()等候子线程终止。其中参数thread指定将要等待的线程，线程通过pthread_create()返回的标识符来指定；参数status是一个指向另一个指针的指针，用于指定返回值；如果线程使用pthread_exit(void*)返回一个值，它会经由status参数返回到父进程，线程的资源会直到父进程调用pthread_join()后才释放。函数返回0表示成功，非0表示失败。

（3）线程同步

pthread线程库中有许多同步原语，包括信号量、互斥锁、条件变量和读/写锁。

线程互斥量同步原语，只要解决临界区的使用，线程可以通过相应函数来创建、销毁和操作信号互斥量。它们的函数原型定义如下：

#include

int pthread_mutex_init(pthread_mutex *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex *mutex);

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

这些函数中的mutex参数是指向pthread_mutex互斥量的指针，函数返回0表示成功，非0表示失败。

（4）线程终止

如果线程中任何一个线程调用函数exit()，那么整个进程就会终止。于此类似，如果信号的默认动作是终止进程，那么，把该信号发送到线程会终止进程。

线程的正常退出的方式包括以下几种：

●线程只是从启动例程中返回，返回值是线程中的退出码。

●线程可以被另一个线程终止。

●线程自己调用pthread_exit()。

四、实验内容：多线程实现单词统计工具

区分单词原则：凡是一个非字母或数字的字符跟在字母或数字的后面，那么这个字母这个字母或数字就是单词的结尾。

允许线程使用互斥锁来修改临界资源，确保线程间的同步与协作。如果两个线程需要安全地共享一个公共计数器，需要把公共计数器加锁。线程需要访问称为互斥锁的变量，它可以使线程间很好地合作，避免对于资源的访问冲突。