操作系统实验报告理解Linux下进程和线程的创建并发执行过程。

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：
int fork( )
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（parent process）的副本，称为子进程（child process）。

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*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
main(int argc,char *argv[])
{
int pid;
/* fork another process */
pid = fork();
if (pid < 0) { /* error occurred */
fprintf(stderr, "Fork Failed");
exit(-1);
}
else if (pid == 0) { /* child process */
execlp( "/bin/ls", "ls",NULL);
}
else {/* parent process */
/* parent will wait for the child to complete */ wait(NULL);
printf( "Child Complete" );
exit(0);
}
}
3、编译和运行
$gcc process.c –o processs
4、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：
extern int pthread_create __P ((pthread_t *__thread, __const pthread_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：
extern int pthread_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：
extern void pthread_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*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void thread(void)
{
int i;
for(i=0;i<3;i++)
printf("This is a pthread.\n");
}
int main(int argc,char *argv[])
{
pthread_t id;
int i,ret;
ret=pthread_create(&id,NULL,(void *) thread,NULL); if(ret!=0){
printf ("Create pthread error!\n");
exit (1);
}
for(i=0;i<3;i++)
printf("This is the main process.\n");
pthread_join(id,NULL);
return (0);
}
3、编译和运行
编译此程序：
gcc example1.c -lpthread -o example1 -lpthread:使用线程库
运行example1，得到如下结果：
This is the main process.
This is a pthread.
This is the main process.
This is the main process.
This is a pthread.
This is a pthread.
再次运行，可能得到如下结果：
This is a pthread.
This is the main process.
This is a pthread.
This is the main process. This is a pthread.
This is the main process. 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This is a pthread.和 This is the main process.
结果如图所示：。