华中科技大学操作系统实验课 实验二

一、实验目的

• （1）理解进程/线程的概念和应用编程过程；
• （2）理解进程/线程的同步机制和应用编程；

二、实验内容

• 1）在Linux下创建一对父子进程。
• 2）在Linux下创建2个线程A和B，循环输出数据或字符串。
• 3）在Windows下创建线程A和B，循环输出数据或字符串。
• 4）在Linux下创建一对父子进程，实验wait同步函数。
• 5）在Windows下利用线程实现并发画圆/画方。
• 6）在Windows或Linux下利用线程实现“生产者-消费者”同步控制
• 7）在Linux下利用信号机制实现进程通信。
• 8）在Windows或Linux下模拟哲学家就餐，提供死锁和非死锁解法。

三、实验要求

• 2,6,8必做,其余任选2。课前提前预做，老师机房检查和答疑

实验一，在Linux下创建一对父子进程。

• 提示 1：分别输出各自的进程号，父进程号和特别的提示字符串信息
• 提示 2：让父进程提前结束或后结束，观察子进程的父进程 ID。
• 提示 3：使用 PS 命令查看进程列表信息，核对进程号，父进程号

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
	pid_t p1=fork();
	if(p1>0){
		printf(" 父进程进程号：%d\n",getpid());
                printf(" 创建的子进程进程号：%d\n",p1);
		printf(" 暂时挂起父进程以便ps检查结果(10s)：\n");
		sleep(2);
		printf(" 父进程结束\n");
	}else{
		printf(" 子进程进程号：%d\n",getpid());
		printf(" 父进程未结束时，子进程的父进程进程号：%d\n",getppid());
		sleep(4);
		printf(" \n父进程结束后，子进程的父进程进程号：%d\n",getppid());
		printf(" 子进程结束\n");
	}
	return 0;
}

编译运行

 gcc ./test.c -o test1.out
 ./test1.out

结果

使用 PS 命令查看进程列表信息，核对进程号，父进程号

ps -o pid,ppid,cmd

为什么没有./test1.out我也不知道！！！毁灭吧！

ps -ef|grep test1.out

实验二，在Linux下创建2个线程A和B，循环输出数据或字符串

• 提示 1：使用 pthread 线程库
• 提示 2：线程 A 递增输出 1-1000；线程 B 递减输出 1000-1。为避免输出太快，每隔 0.2 秒（可自行调节）输出一个数。
• 提示 3：输出数据时，同时输出 A 或 B 以标示是哪个线程输出的，并注意格式化输出信息。

1.编写代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

//定义线程1运行函数
void* th_fn1(void *arg) //传入void*数值 a
{
	for(int i=1;i<=1000;i++){
		printf("A:%d\n",i);
		sleep(1);
	}
}

//定义线程2运行函数
void* th_fn2(void *arg) //传入void*数值 r
{
	for(int i=1000;i>0;i--){
		printf("B:%d\n",i);
		sleep(1);
	}
}

int main()
{
	int err;//定义错误存储
   	pthread_t  tid1,tid2;//定义线程标识符

   	//创建tid1线程
   	if(err=pthread_create(&tid1,NULL,th_fn1,NULL)){
		perror("pthread_create error");
	}


   	//创建tid2线程
   	if(err=pthread_create(&tid2,NULL,th_fn2,NULL)){
		perror("pthread_create error");
	}
	pthread_join(tid1, NULL);
	pthread_join(tid2, NULL);
	return 0;
}

2.编译运行

注意要加入-lpthread，才能使用线程。因为 pthread_create 等线程函数不在 C 标准库中。

gcc ./test2.c -o ./test2.out -lpthread

3.结果

实验三、在Windows下创建线程A和B，循环输出数据或字符串。

• 提示 1：使用 CreateThread 创建线程
• 提示 2：线程 A 递增输出 1-1000；线程 B 递减输出 1000-1。为避免输出太快，每隔 0.2 秒输出一个数。
• 提示 3：输出数据时，同时输出 A 或 B 标示是哪个线程输出的，并注意格式化输出信息

老师方法的代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <windows.h>

DWORD WINAPI add(LPVOID)
{
	for (int i = 1; i<=1000; i++) {
		std::cout << "A:" << i << std::endl;
		Sleep(5);
	}
	return 1;
}


DWORD WINAPI dec(PVOID pParam) {
	for (int i = 1000; i > 0; i--) {
		std::cout << "B:" << i << std::endl;
		Sleep(5);
	}

	return 0;
}

int main() {

	HANDLE hthread[2];
	DWORD threadID;
	DWORD threadID1;
	hthread[0] = CreateThread(NULL, 0, add, (LPVOID)1, 0, &threadID);
	hthread[1] = CreateThread(NULL, 0, dec, (LPVOID)2, 0, &threadID1);
	WaitForMultipleObjects(2, hthread, TRUE, INFINITE);
	return 0;
}

运行结果

从 C++11 开始，线程，成为了 C++ 标准库的一部分，所以我们可以不再使用 CreateThread 来创建线程，简简单单地使用 std::thread 即可。

而且，CreateThread 是平台相关的，而 std::thread 是跨平台的。
因此，干嘛用CreateThread 。

使用std::thread的代码

#include<iostream>
#include <thread>

void func_1() {
	for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
		std::cout << i << std::endl;
	}
}

void func_2() {
	for (int i = 1000; i > 0; i--) {
		std::cout << i << std::endl;
	}
}


int main() {
	std::thread t1(func_1);
	std::thread t2(func_2);
	t1.join();
	t2.join();

	return 0;
}

运行结果

实验六、在Windows或Linux下利用线程实现“生产者-消费者”同步控制

• 提示 1：使用数组（10 个元素）代替缓冲区。2 个输入线程产生产品（随机数）存到数组中；3 个输出线程从数组中取数输出。
• 提 示 2 ： Windows 使 用 临 界 区 对 象 和 信 号 量 对 象 ， 主 要 函 数EnterCriticalSection() 、 LeaveCriticalSection() 、 WaitForSingleObject() 、ReleaseSemaphore()。
• 提示 3：Linux 使用互斥锁对象和轻量级信号量对象，主要函数：sem_wait( )，sem_post( )，pthread_mutex_lock( )，pthread_mutex_unlock( )。
• 提示 4：生产者 1 的数据：1000-1999 (每个数据随机间隔 100ms-1s)，生产者 2 的数据：2000-2999 (每个数据随机间隔 100ms-1s)。
• 提示 5：消费者每休眠 100ms-1s 的随机时间消费一个数据。
• 提示 6：屏幕打印（或日志文件记录）每个数据的生产和消费记录。

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