操作系统：Linux进程与线程

Posted 2022-03-07 lqerio

这里是一部分内容，还会做修改。

一：目的及内容

学习fork()，exec,pthread库函数的使用，阅读源码，分析fork，exec，pthread_create函数的机理

代码实现：

进程A创建子进程B

子进程B与父进程A分别对应不同的可执行体:A打印Hello world，B实现sum累加

进程B具有三线程，主线程创建新的线程1实现sum累加（从1到参数x），线程2监控输入参数x

若输入x是非负整数，线程1开始计算；如果线程1正在计算前次程序，线程2的输入非负整数和最近一次的又不同，线程1应重新计算；若相同则不需要重新计算

若输入字母p，则线程1暂停执行。

输入字母e则线程1打印退出信息后整个进程A和B都退出

若输入的是其他字符，则线程1打印一个输入错误提示，任务继续

分析运行中各个执行体的处理器使用，内存使用等基本信息

二 步骤

参考

Linux C编程--fork()详解 - 张勤一 - CSDN博客 

[并发并行]_[pthread]_[对工作线程进行简单控制-暂停-继续-停止] - 心如止水 - CSDN博客

Linux多任务编程（三）---exec函数族及其基础实验 - 王大壮的博客 - CSDN博客

Linux多线程编程并传递多个参数实例 - blankqdb - 博客园

有关pthread线程的暂停与恢复的讨论 - 一天 一小步 - CSDN博客

根据题目要求，可知需要两个执行体A和B。根据模块化的原则先设计A，再设计B。

1. 审题，根据题目要求，写了进程A的代码

#include提供fork(),execlp()函数

#include <sys/wait.h> 提供wait()函数

#include 提供类型pid_t的定义

代码比较简单，主要就是创建子进程，子进程用一个新的进程映像替换当前进程映像。

 

2. 之后写子进程B的代码

充分利用模块化的设计方法。

先是头文件

#include<pthread.h>提供pthread库函数

而需要注意，gcc编译时加上-lpthread，因为pthread并非Linux默认的库

 

之后是几个全局变量，减少线程间传递参数的麻烦。

 

1.主线程

功能是创建2个子线程，线程2监控输入，线程1打印信息和计算累加。

当线程1,2都退出后主线程退出。

使用pthread_create创建子线程。

使用pthread_join等待线程结束

 

2.线程2

因为线程2要监控输入，所以先写线程2.

线程2第一部分：

主要进行输入的处理。

详情见图片和代码的注释。

这里用c++的string处理输入，因为没有限制输入类型

 

线程2第二部分：

根据输入确定func值。func作为全局变量调整线程1的工作状态

同时根据recent和cal判断是否要重新计算。target是线程1从1开始的累加目标。

 

线程2第三部分：

根据第二部分得到的func调整线程1工作状态。

func==2时，利用pthread_join()先等待线程1打印错误信息，再退出。

pthread_suspend()  pthread_resume()函数是自己定义的函数，用以实现线程1暂停。暂停的实现具体解释见实验报告后续部分。

 

3. 线程1

第一部分：实现线程1的暂停。

利用

pthread_mutex_lock(),pthread_mutexunlock()，pthread_cond_wait(),pthread_cond_broadcast()实现线程的暂停。

源码体现的暂停实现过程更清晰。

 

 

 

第二部分：线程1进行累加，输出信息等操作

sleep是为了体现p操作，两次输入相同，不同操作而设置。否则可能人输入的速度不如计算机计算速度，导致第二次输入还没到，就得出上一次的结果。

 

 

综上，进程B结构如下

void pthread_suspend(void)

void pthread_resume(coid)

void thread1(void* arg)

void thread2(void*arg)

int main()

三．分析运行中各个执行体的处理器使用，内存使用等基本信息

首先在终端运行进程A。

 

pgrep 是通过程序的名字来查询进程的工具，一般是用来判断程序是否正在运行。在服务器的配置和管理中，这个工具常被应用，简单明了；

然后打开另一个终端，pgrep -l A查看进程名和pid

 

pstree -p 26638。以树状图显示进程，并显示进程pid。可见父子进程和线程的关系。

 

ps -T -p 26639 可以查看进程B的线程信息。

 

使用top查看进程cpu和内存信息。

下图为示例：

 

top命令的第三行，cpu状态：

依次对应：

us:user 用户空间占用cpu的百分比

sy:system 内核空间占用cpu的百分比

ni:niced 改变过优先级的进程占用cpu的百分比

id:空闲cpu百分比

wa:IO wait IO等待占用cpu的百分比

hi:Hardware IRQ 硬中断 占用cpu的百分比

si:software 软中断 占用cpu的百分比

st:被hypervisor偷去的时间

top命令第四行，内存状态：

total，free ，used ，buff/cache

依次对应：物理内存总量,空闲内存总量,使用中的内存总量,缓冲内存量

 

进入top后，交互时，输入s，系统提示更改刷新间隔。输入0则不断刷新。

 

top -p 26638查看pid为26638的进程（即A）的信息

 

top -p - H 26639

top命令可以实时显示各个线程情况。要在top输出中开启线程查看，请调用top命令的“-H”选项，该选项会列出所有Linux线程。在top运行时，你也可以通过按“H”键将线程查看模式切换为开或关。

 

四 遇到的问题及解决：

1.编译时出现c++11标准库未定义错误，因为编译器使用的库版本不同。

 

 

解决：使用-l链接 stdc++

 

2. gcc编译时报错

 

解决：

在32位模式时，int 和指针类型变量都占32位在64位模式下，int占32位，指针变量占64位

 

3.如图

 

又是-lstdc++解决

五.实验结果记录：

执行程序A。程序A 父进程fork 出子进程，之后打印Hello, world!然后执行wait()，等待子进程结束。

子进程调用execlp，执行另一个执行体B。

执行体B中线程2开始监控输入。

输入15，是非负整数，之后线程1计算1累加到15.结果为120。120后跟着的15表明计算的是1-15累加。

输入16，是非负整数，之后线程1计算1累加到16.结果为136。136后跟着的16表明计算的是1-16累加。

输入18，之后输入20.线程2监控到由于20与18不同，故线程1不再进行1-18累加，而进行1-20累加。

输出210.

输入25，再输入25.线程2监控到25相同，不需要重新计算，打印信息“输入相同，不需要重新计算”。线程1计算第一个25，输出325.

输入afd。线程2监控，属于其他字符，线程1打印错误信息“input wrong”。

输入fg。线程2监控，属于其他字符，线程1打印错误信息“input wrong”。

输入p，线程1暂停执行。打印信息“pause”表明线程1已暂停。

输入123.线程2检测到是非负整数，先调用恢复函数解除线程1的暂停。之后打印信息“resume”表示线程1已经恢复。之后线程1执行1-123累加，输出7626.

输入e。线程2检测到要退出。之后线程1打印信息“A and B exited”表示主进程，子进程都要退出。之后主进程和子进程都退出。

结束。