linux试验报告.docx
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linux试验报告
西安郵電學院
Linux实验报告
题目1：
进程
题目2：
线程
题目3:
互斥
系部名称
：
计算机学院
专业名称
：
软件工程
班级
：
0802
学号
：
04085047
学生姓名
：
王晶晶
指导教师
：
陈莉君
时间
：
2010年10月29号------11月9号
实验1进程
1.1实验目的
通过观察、分析实验现象，深入理解进程及进程在调度执行和内存空间等方面的特点，
掌握在POSIX规范中fork和kill系统调用的功能和使用。
1.2实验要求
1.2.1实验环境要求
1.硬件
（1）主机：
PentiumIII以上；
（2）内存：
128MB以上；
（3）显示器：
VGA或更高；
（4）硬盘空间：
至少100MB以上剩余空间。
2.软件
Linux操作系统，内核2.4.26以上，预装有X-Window、vi、gcc、gdb和任
意web浏览器。
1.2.2学生实验前的准备工作
学习man命令的用法，通过它查看fork和kill系统调用的在线帮助，并阅读参
考资料，学会fork与kill的用法。
复习C语言的相关内容。
1.3实验内容
1.先猜想一下这个程序的运行结果。
假如运行“./process20”，输出会是什么样？
执行./process20会输出10个进程交替执行。
输入要删除的进程编号，回车则删除该进程，输入q，回车删除进程组，程序结束。
2.然后按照注释里的要求把代码补充完整，运行程序。
可以多运行一会儿，并在
此期间启动、关闭一些其它进程，看process的输出结果有什么特点，记录下这个结果。
3.开另一个终端窗口，运行“psaux|grepprocess”命令，看看process究竟启动了多少个进程。
回到程序执行窗口，按“数字键+回车”尝试杀掉一两个进程，再到另一个窗口看进程状况。
执行./forkTest10输入命令psaux|grep./forkTest后显示有12个进程在运行（10个子进程，1个父进程，最后一个为psaux|grep./forkTest命令的进程号），删除1号进程后，再输入psaux|grep./forkTest命令，则显示的进程数为11.
按q退出程序再看进程情况。
1.4回答下列问题。
1.你最初认为运行结果会怎么样？
进程交替执行，当输入某进程编号加回车后该进程会被杀死，不再输出，当输入q加回车后剩余的所有子进程都被杀死，程序运行结束。
2.实际的结果什么样？
有什么特点？
试对产生该现象的原因进行分析。
结果与上述的预期相同。
特点：
各进程交替执行。
无确定顺序。
分析：
当程序执行到for（i=0;i这个过程不一定可以连续的执行下去，因为在该过程中，父进程随时可能抢到cpu，再次执行fork（）；创建另一个子进程或者执行else语句（由其上次执行到的位置决定）。
该子进程的执行与第一个子进程类似。
自此该3个进程交替执行，当父进程执行fork（）时，则继续创建新的子进程以此类推。
直到父进程完成for（i=0;i此时child_proc_number个子进程加一个父进程一起交替性运行，当父进程再次抢到cpu时，则执行while（（ch=getchar（））!
='q'）循环时，则按用户的输入杀死相应的进程。
用户输入q时，则杀死子进程组，while（（ch=getchar（））!
='q'）循环结束，当执行return0;语句后该父进程也结束，整个程序结束。
3.proc_number这个全局变量在各个子进程里的值相同吗？
为什么？
不相同。
因为子进程会把父进程的所有资源复制一份。
而父进程在创建一个新的子进程时的i值都不同，当新创建子进程执行时，将i赋值给该子进程的变量proc_number。
4.kill命令在程序中使用了几次？
每次的作用是什么？
执行后的现象是什么？
当输入要删除的进程编号时会调用一次kill，最后输入q结束时会调用一次kill。
输入要删除的进程编号后，执行的结果为：
输出除过已被删掉的进程的其余进程信息。
输入q则显示“已终止”，整个程序执行结束。
5.使用kill命令可以在进程的外部杀死进程。
进程怎样能主动退出？
这两种退
出方式哪种更好一些？
进程自己调用exit（）或程序执行完后return（）.
进程自己调用exit（）结束的方式会比较好。
6.补充后的程序源代码。
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAX_CHILD_NUMBER10
#defineSLEEP_INTERVAL2
intproc_number=0;
voiddo_something（）;
intmain（intargc,char*argv[]）
{
intchild_proc_number=MAX_CHILD_NUMBER;
inti;
charch;
pid_tchild_pid;
pid_tpid[10]={0};
if（argc>1）
{
child_proc_number=atoi（argv[1]）;
child_proc_number=（child_proc_number>10）?
10:
child_proc_number;
}
for（i=0;i{
child_pid=fork（）;
if（child_pid==0）
{
proc_number=i;
pid[i]=getpid（）;
do_something（）;
}
elseif（child_pid<0）
{
perror（"forkerror!
\n"）;
}
else
{
pid[i]=child_pid;
}
}
while（（ch=getchar（））!
='q'）
{
if（isdigit（ch））
{
if（pid[ch-'0']!
=-1）
{
kill（pid[ch-'0'],SIGTERM）;
pid[ch-'0']=-1;
}
}
}
kill（0,SIGTERM）;
return0;
}
voiddo_something（）
{
for（;;）
{
printf（"ThisprcessisNO.%*d\n",proc_number+3,proc_number）;
sleep（SLEEP_INTERVAL）;
}
}
实验2线程
2.1实验目的
通过观察、分析实验现象，深入理解线程及线程在调度执行和内存空间等方面的特点，并掌握线程与进程的区别。
掌握在POSIX规范中pthread_create（）函数的功能和使用方法
2.2实验要求
2.2.1实验环境要求
1.硬件
（1）主机：
PentiumIII以上；
（2）内存：
128MB以上；
（3）显示器：
VGA或更高；
（4）硬盘空间：
至少100MB以上剩余空间。
2.软件
Linux操作系统，内核2.4.26以上，预装有X-Window、vi、gcc、gdb和任
意web浏览器。
2.2.2学生实验前的准备工作
阅读参考资料，了解线程的创建等相关系统调用。
2.3实验内容
按照注释里的要求把代码补充完整，正确编译程序后，先预计一下这个程序的运行结果。
具体的结果会是什么样？
运行程序。
开另一个终端窗口，运行“psaux”命令，看看thread的运行情况，注意查看thread的CPU占用率，并记录下这个结果。
预计输出的前三列数不相等，main_counter的值与sum的值相等，且为前三列显示的线程运行次数之和。
运行psaux命令后，./thread的CPU占用率为197
2.4实验中的问题
1.你最初认为前三列数会相等吗？
最后一列斜杠两边的数字是相等，还是大于或者
小于关系？
不会相等，因为三个进程交替执行，每个进程运行的时间及次数都不确定。
main_count的值应该等于sum的值等于3个线程执行次数的总和。
2.最后的结果如你所料吗？
有什么特点？
试对原因进行分析。
不，前3列的输出结果与预期结果相同，但main_count的值大于sum的值。
分析：
因为main_counter属于临界资源，可能会出现当一个线程正在执行main_counter++时，另一个线程也要执行main_counter++的情况，这样就会使main_counter的值不准确。
又线程运行顺序的不确定性（交替性），可能在一个线程执行了main_counter++后，还未执行counter[thread_num]++时，CPU便被主线程抢去，执行for（i=0;i再输出个各线程巡行的次数，及main_counter和sum的值，结果与预期的理论值不符。
3.thread的CPU占用率是多少？
为什么会这样？
197。
因为三个线程调用的函数执行的是一个死循环for（;;），使得CPU的利用率过高。
4.thread_worker（）内是死循环，它是怎么退出的？
你认为这样退出好吗？
输入q回车，主线程会退出while循环，执行return（）函数，结束整个程序。
自然子线程也都被迫终止，死循环也就退出了！
这样的退出不好。
5：
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAX_THREAD3
unsignedlonglongmain_counter,counter[MAX_THREAD];//unsignedlonglong鏄瘮long杩橀暱鐨勬暣褰€?
void*thread_worker（void*）;
intmain（intargc,char*argv[]）
{
inti,ch;
intnum[3];
pthread_tthid,pthread_id[MAX_THREAD]={0};
for（i=0;i{
num[i]=i;
if（pthread_create（&thid,NULL,（void*）thread_worker,&num[i]）==0）
{
pthread_id[i]=thid;
//thread_worker（&i）;
}
else
{
printf（"threadcreaterfailed!
\n"）;
//exit
（1）;
}
}
do
{
unsignedlonglongsum=0;
/*姹傛墍鏈夌嚎绋媍ounter鐨勫拰*/
for（i=0;i{
sum+=counter[i];
printf（"%d%llu",i,counter[i]）;
}
printf（"\n\n%llu\n%llu\n\n",main_counter,sum）;
}while（（ch=getchar（））!
='q'）;
return0;
}
void*thread_worker（void*p）
{
intthread_num;
thread_num=*（（int*）p）;
for（;;）
{
main_counter++;
counter[thread_num]++;
sleep
（1）;
}
returnNULL;
}
实验3互斥
3.1实验目的
通过观察、分析实验现象，深入理解理解互斥锁的原理及特点
掌握在POSIX规范中的互斥函数的功能及使用方法
3.2实验要求
3.2.1实验环境要求
1.硬件
（1）主机：
PentiumIII以上；
（2）内存：
128MB以上；
（3）显示器：
VGA或更高；
（4）硬盘空间：
至少100MB以上剩余空间。
2.软件
Linux操作系统，内核2.4.26以上，预装有X-Window、vi、gcc、gdb和任意web浏览器。
3.2.2学生实验前的准备工作
准备好上节实验完成的程序thread.c。
阅读参考资料，了解互斥锁的加解锁机制及相关的系统调用。
4.3实验内容
1.找到thread.c的代码临界区，用临界区解决main_counter与sum不同步的问题。
在使用到main_counter与sum临界资源的临界区上加上p,v操作。
修改后的thread.c的代码如下：
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAX_THREAD3
unsignedlonglongmain_counter,counter[MAX_THREAD];//unsignedlonglong鏄瘮long杩橀暱鐨勬暣褰€?
pthread_mutex_tmutext=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_tmutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void*thread_worker（void*）;
intmain（intargc,char*argv[]）
{
inti,ch;
intnum[3];
pthread_tthid,pthread_id[MAX_THREAD]={0};
for（i=0;i{
num[i]=i;
if（pthread_create（&thid,NULL,（void*）thread_worker,&num[i]）==0）
{
pthread_id[i]=thid;
}
else
{
printf（"threadcreaterfailed!
\n"）;
//exit
（1）;
}
}
pthread_mutex_lock（&mutex）;
do
{
unsignedlonglongsum=0;
/*姹傛墍鏈夌嚎绋媍ounter鐨勫拰*/
for（i=0;i{
sum+=counter[i];
printf（"%d%llu",i,counter[i]）;
}
printf（"\n\n%llu\n%llu\n\n",main_counter,sum）;
}while（（ch=getchar（））!
='q'）;
pthread_mutex_unlock（&mutex）;
pthread_mutex_destroy（&mutex）;
pthread_mutex_destroy（&mutext）;
return0;
}
void*thread_worker（void*p）
{
intthread_num;
thread_num=*（（int*）p）;
for（;;）
{
pthread_mutex_lock（&mutext）;
main_counter++;
counter[thread_num]++;
sleep
（1）;
pthread_mutex_unlock（&mutext）;
}
returnNULL;
}
仔细阅读程序，编译程序后，先预计一下这个程序的运行结果。
运行程序。
若程序没有响应，按ctrl+c中断程序运行，然后再重新运行，如此
反复若干次，记录下每次的运行结果。
若产生了死锁，请修改程序，使其不会死锁。
4.4实验中的问题
1.你预想deadlock.c的运行结果会如何？
线程1，2会交替运行，且执行到一半会终止。
2.deadlock.c的实际运行结果如何？
多次运行每次的现象都一样吗？
为什么会这样？
交替执行！
每次执行到一半都会终止。
每次运行的结果不同。
线程终止是因为，线程的推进顺序不合法。
如果在线程1执行pthread_mutex_lock（&mutex1）;语句，申请1号资源成功后，线程2又执行pthread_mutex_lock（&mutex2）;语句，申请2号资源成功。
当线程1想要申请2号资源，即执行pthread_mutex_lock（&mutex2）;语句或线程2想要申请1号资源，即执行pthread_mutex_lock（&mutex1）;时，这两个线程将陷入无限的等待状态而产生死锁。
为避免死锁的产生，则应调换线程1或线程2对1,2号资源加锁的顺序。
即使线程1,2对1,2号资源的加锁顺序一致。
即一次性为其分配了它所需要的所有资源，避免了死锁的产生。
3.修改前补充的程序源代码
#include
#include
#include
#include
#include
#defineLOOP_TIMES10000
pthread_mutex_tmutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_tmutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void*thread_worker（void*）;
voidcritical_section（intthread_num,inti）;
intmain（void）
{
intrtn,i;
pthread_tpthread_id=0;
rtn=pthread_create（&pthread_id,NULL,thread_worker,NULL）;
if（rtn!
=0）
{
printf（"pthread_createERROR!
\n"）;
return-1;
}
for（i=0;i{
pthread_mutex_lock（&mutex1）;
pthread_mutex_lock（&mutex2）;
critical_section（1,i）;
pthread_mutex_unlock（&mutex2）;
pthread_mutex_unlock（&mutex1）;
}
pthread_mutex_destroy（&mutex1）;
pthread_mutex_destroy（&mutex2）;
return0;
}
void*thread_worker（void*p）
{
inti;
for（i=0;i{
pthread_mutex_lock（&mutex2）;
pthread_mutex_lock（&mutex1）;
critical_section（2,i）;
pthread_mutex_unlock（&mutex2）;
pthread_mutex_unlock（&mutex1）;
}
}
voidcritical_section（intthread_num,inti）
{
printf（"Thread%d:
%d\n",thread_num,i）;
}
4.修改后补充的程序源代码
#include
#include
#include
#include
#include
#defineLOOP_TIMES10000
pthread_mutex_tmutex1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_tmutex2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void*thread_worker（void*）;
voidcritical_section（intthread_num,inti）;
intmain（void）
{
intrtn,i;
pthread_tpthread_id=0;
rtn=pthread_create（&pthread_id,NULL,thread_worker,NULL）;
if（rtn!
=0）
{
printf（"pthread_createERROR!
\n"）;
return-1;
}
for（i=0;i{
pthread_mutex_lock（&mutex1）;
pthread_mutex_lock（&mutex2）;
critical_section（1,i）;
//sleep
（1）;
pthread_mutex_unlock（&mutex2）;
pthread_mutex_unlock（&mutex1）;
}
pthread_mutex_destroy（&mutex1）;
pthread_mutex_destroy（&mutex2）;
retu
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