操作系統(tǒng)實驗5-線程管理與控制

1、第 4 章 線程管理與控制線程概念簡介每個進程都擁有自己的數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段，這就造成了進程在進行切 換等操作時都需要有比較復雜的上下文切換等動作 。為了進一步減少處理機的空 轉時間，支持多處理器以及減少上下文切換開銷，進程在演化中出現(xiàn)了另一個概 念線程。它是進程內(nèi)獨立的一條運行路線，處理器調(diào)度的最小單元，也可以 稱為輕量級進程。 線程可以對進程的內(nèi)存空間和資源進行訪問，并與同一進程中 的其他線程共享。因此，線程的上下文切換的開銷比創(chuàng)建進程小很多。 同進程一樣， 線程也將相關的執(zhí)行狀態(tài)和存儲變量放在線程控制塊 (TCB)內(nèi)。一個 進程可以有多個線程，也就是有多個線程控制塊及堆棧寄存器，但卻

2、共享一個用 戶地址空間。 要注意的是，由于線程共享了進程的資源和地址空間，因此，任何 線程對系統(tǒng)資源的操作都會給其他線程帶來影響。由此可知，多線程中的同步是 非常重要的問題。在多線程系統(tǒng)中，進程與進程的關系如圖所示。進程用戶地址空間線程一 線程二 線程三進程與線程關系4.2 Linux 多線程編程 API 與實驗任務Linux 多線程編程 API創(chuàng)建線程 pthread_create() 函數(shù)實際上就是確定調(diào)用該線程函數(shù)的入口 點，在線程創(chuàng)建以后，就開始運行相關的線程函數(shù)，在該函數(shù)運行完之后，該線 程也就退出了，這也是線程退出一種方法。另一種退出線程的方法是使用函數(shù) pthread_exit(

3、) ，這是線程的主動行為。這里要注意的是，在使用線程函數(shù)時， 不能隨意使用 exit() 退出函數(shù)進行出錯處理，由于 exit() 的作用是使調(diào)用進程 終止，往往一個進程包含多個線程，因此，在使用 exit() 之后，該進程中的所 有線程都終止了。因此，在線程中就可以使用 pthread_exit() 來代替進程中的 exit() 。由于一個進程中的多個線程是共享數(shù)據(jù)段的， 因此通常在線程退出之后， 退出線程所占用的資源并不會隨著線程的終止而得到釋放。正如進程之間可 以用 wait() 系統(tǒng)調(diào)用來同步終止并釋放資源 一樣，線程之間也有類似機制， 那就是 pthread_join() 函數(shù)。 p

4、thread_join() 可以用于將當前線程掛起來等 待線程的結束。這個函數(shù)是一個線程阻塞的函數(shù)，調(diào)用它的函數(shù)將一直等待 到被等待的線程結束為止，當函數(shù)返回時，被等待線程的資源就被收回。 ( 1)創(chuàng)建線程函數(shù) pthread_create() 功能：創(chuàng)建線程和啟動線程，與進程管理函數(shù) fork() 的功能相似。pthread_create() 函數(shù)語法要點所需頭文件#include <>函數(shù)原型int pthread_create (pthread_t *thread, pthread_attr_t*attr,void *(*start_routine)(void *), voi

5、d *arg)函數(shù)傳入值thread ：線程標識符attr ：線程屬性設置(其具體設置參見小節(jié)) ，通常取為 NULLstart_routine ：線程函數(shù)的起始地址，是一個以指向 void 的指針作為 參數(shù)和返回值的函數(shù)指針arg ：傳遞給 start_routine 的參數(shù)函數(shù)返回值成功： 0出錯：返回錯誤碼(2) 線程退出函數(shù) pthread_exit()pthread_exit() 函數(shù)語法要點所需頭文件#include <>函數(shù)原型void pthread_exit(void *retval)函數(shù)傳入值retval ：線程結束時的返回值，可由其他函數(shù)如 獲取pthread

6、_join() 來(3) 等待線程結束函數(shù) pthread_join() 等待線程結束，讀取線程的返回結果。pthread_join() 函數(shù)語法要點所需頭文件#include <>函數(shù)原型int pthread_join (pthread_t th, void *thread_return)th ：等待線程的標識符函數(shù)傳入值thread_return ：用戶定義的指針， 用來存儲被等待線程結束時的返回值 (不為 NULL時)函數(shù)返回值成功： 0出錯：返回錯誤碼(4) 線程取消函數(shù) pthread_cancel()pthread_cancel() 函數(shù)語法要點所需頭文件#inclu

7、de <>函數(shù)原型int pthread_cancel(pthread_t th)函數(shù)傳入值th ：要取消的線程的標識符函數(shù)返回值成功： 0出錯：返回錯誤碼Linux 多線程同步 API1. 線程同步信號量及系統(tǒng)調(diào)用POSIX的線程同步信號量定義了 3 個函數(shù)：(1) 信號量初始化函數(shù)說明：#include <>int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned value); 參數(shù)說明：sem: 指向信號量變量的指針， *sem 是定義好的信號量pshared: 為 0 表示進程局部信號量，通常為 0value: 信號量初始值，為

8、 1 時是二值信號量 返回值：0:執(zhí)行成功，非 0 執(zhí)行失敗(2) 信號量加 1 原子操作int sem_post(sem_t *sem);說明：類似于進程的 V 操作。(3) 信號量減 1 原子操作int sem_wait(sem_t *sem)說明：在信線程號量值為 0 時執(zhí)行該操作使線程進入等待狀態(tài)， 直到另一個線程執(zhí) 行加 1 原子操作為止。類似于進程的 P操作。2. 線程互斥量及系統(tǒng)調(diào)用互斥量可在多線程程序中作為臨界區(qū)互斥訪問手段。操作互斥量的基本函數(shù) 有：(1) 初始化函數(shù)函數(shù)說明：#include <>int phread_mutex_init(pthread_mut

9、ex_t *mutex,const pthread_mutexattr_t *mutexattr);參數(shù)說明：mutex: 定義好的互斥量指針mutexattr ：互斥量屬性，通?？梢詾?NULL(2) 加鎖操作int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);(3) 開鎖操作int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);(4) 互斥量撤銷操作int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);Linux 多線程同步實驗任務1. 用互斥量實現(xiàn)對中多線程

10、并發(fā)程序中共享變量的互斥訪問#include <>#include <> #include <> static int a10000;static sum1,sum2,sum, p; pthread_mutex_t mutex; .n");return -1;sum1=0;for(; ;) pthread_mutex_lock (&mutex);if (p<10000) sum1=sum1+ap;usleep(1);p+;pthread_mutex_unlock(&mutex);else pthread_mutex_unloc

11、k(&mutex); break;pthread_join(tidp,&thread_result);sum=sum1+sum2;printf("the sum of array10000 is %dn",sum);printf("the part sum of thread1 get is %dn", thread_result);return 0;$ gcc -lpthread -o lin-thread-4 $ ./lin-thread-42. 分析、調(diào)試和執(zhí)行一個多線程示例程序該程序創(chuàng)建兩個線程， 一個線程負責讀入鍵盤輸入的文本，

12、 另一個線程負責 統(tǒng)計和顯示輸入的字符個數(shù)，文本輸入以“ end”表示輸入結束。程序在主線程 中對結束的兩個線程進行歸并。void *input_text(void *arg);void *count_text(void *arg);void *stat text(void *arg);sem_t bin_sem; Enter end' to finishn");while(strncmp("end",work_area,3)!=0) fgets(work_area,WORK_SIZE,stdin); sem_post(&bin_sem); /*

13、產(chǎn)生事件 */pthread_exit(0);void *stat_text(void *arg) sem_wait(&bin_sem); /* 等待事件 */ while(strncmp("end",work_area,3)!=0) printf("You input %d charactersn",strlen(work_area)-1); sem_wait(&bin_sem);pthread_exit(NULL);$ gcc -D_REENTRANT -o lin-thread-5 -lpthread$ ./ lin-thread-5Input some text. Enter vendr to finish Waiting for thread to finish.endThreads j oineciFile Edit iew Terminal Tabs Helpcarftbuntu; VoxleS vim 1 in-thread-5. ccai4li>untu： Vcode gee 1 m-thread-5. c -1 pthread