Linux实验报告
**一.实验目的及实验环境** **（一） 实验环境** Linux 操作系统 **（二）实验目的** 实验1 掌握Linux基本命令 和开发环境 1. 掌握常用的Linux shell命令； 2. 掌握编辑环境VIM； 3. 掌握编译环境gcc及跟踪调试工具gdb。 实验2 进程 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。 实验3 线程 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POSIX 规范中 pthread_create() 函数的功能和使用方法。 实验4 互斥 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。
二.实验内容
实验2
1.你最初认为运行结果会怎么样？
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。
3.proc_number这个全局变量在各个子进程里的值相同吗？为什么？
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？
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？
实验3
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？
2.最后的结果如你所料吗？有什么特点？对原因进行分析。
3.thread 的CPU 占用率是多少？为什么会这样？
4. thread_worker()内是死循环，它是怎么退出的？你认为这样退出好吗？
5. 实验4
1.你预想deadlock.c 的运行结果会如何？
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？
三.方案设计
实验2
1.你最初认为运行结果会怎么样？
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。
会创建10个进程，进程号为0~9，输入数字键+回车，则会杀死对应进程，接下来的输出将不会有该进程号，当输入q+回车，则退出程序，杀死所有进程。
特点：每次输出一定数目的进程，但每次的次序都不同，随机输出。进程的pid也是随着进程号的序号而按序增长，进程的地址相同。
分析：每创建一个子进程时，将其pid存储在pid[i]中，i存储在proc_number，然后调用死循环函数do_something()，输出该进程的代号proc_number； 当输入数字键时，主进程会执行kill(pid[ch-‘0’],SIGTERM)，从而杀死(ch - ’0’)号进程。当输入q时循环退出，kill(0,SIGTERM)，杀死本组所有进程。程序退出。
3.proc_number这个全局变量在各个子进程里的值相同吗？为什么？
相同，因为子进程相互独立资源互不影响。
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？
2次；第一次是杀死该进程号pid[ch-’0’]，执行后接下来的结果中不会有该进程号，打开另一个终端，使用命令ps aux | grep process查看进程状态，子进程先于父进程退出，则被杀死的进程为僵死状态，加了行代码wait(&pid[ch-‘0’])，就会使该子进程真正结束。
第二次是杀死本组所有进程。即主进程以及它创建的所有子进程。执行后程序退出，进程结束。
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？
进程在main函数中return，或调用exit()函数都可以正常退出。 而使
用kill命令则是强制退出。正常退出比较好；若在子进程退出前 使用kill命令杀死其父进程，系统会让init进程接管子进程。当用kill 命令使得子进程先于父进程退出时，而父进程又没有调用wait函数等待 子进程结束，子进程处于僵死状态，并且会一直保持下去，直到系统重 启。子进程处于僵死状态时，内核只保存该进程的必要信息以被父进程 所需，此时子进程始终占着资源，同时减少了系统可以创建的最大进程 数，当僵死的子进程占用资源过多时，很可能导致系统卡死。
实验3
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？
前三列数应该不会相等，因为三个线程运行次数是随机的，结果不一定，counter[i]一定不会相等。main_counter与sum值应该是相等的。因为都是三个线程的counter之和。
2.最后的结果如你所料吗？有什么特点？对原因进行分析。
实验结果是前三列数确实不相等。不过main_counter与sum的值也不相等，main_counter < sum。
原因：因为三个线程在共同争取运行thread_worker()函数，比如main_counter初值为0，pthread_id[0]执行之后main_counter+1，此时还未来得及将值赋给main_counter，这时的main_counter还是0；pthread_id[1]也执行这个函数，main_counter+1，若此时在1号线程将main_counter+1的值还未赋给main_counter，即这时的main_counter还是0，pthread_id[2]也来执行这个函数，main_counter+1，此时三个线程才将加完之后的值赋给main_counter，则main_counter=0+1=1，而真正执行次sum=0+1+1+1=3。main_counter < sum。
3.thread 的CPU 占用率是多少？为什么会这样？
thread的CPU占用率在虚拟机中结果是79，因为三个线程是无限循环的运行，使得cpu占用率很高。
4. thread_worker()内是死循环，它是怎么退出的？你认为这样退出好吗？
thread_worker()函数内是死循环，是被动退出。主函数中设置的输入q时循环退出。输入q时主进程执行退出，return 退出程序，则子线程也强制退出。这样退出不好。
实验4
1.你预想deadlock.c 的运行结果会如何？
程序运行中出现终止现象，可能会资源互斥。
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？
实际运行时程序会在运行期间中止，出现死锁现象。多次运行之后
现象都一样。原因是：主线程申请mutex1资源，而子线程申请mutex2资源，此时主线程继续申请mutex2资源，子线程来申请mutex1资源，而mutex2资源还未被子线程释放，主线程无法申请到，同样的，mutex1资源未被主线程释放则子线程也无法申请到，此时便处于无限循环等待，形成死锁。
四、测试数据及运行结果
1.正常测试数据（3组）及运行结果
实验2
实验3
实验4
2.非正常测试数据（2组）及运行结果
（1）
（2）
五、总结
1.实验过程中遇到的问题及解决办法
(1)互斥问题解决
在解决互斥问题时在什么地方加锁和解锁一定要特别注意，如果任意一个环节出问题还是解决不了互斥问题
(2)线程的创建
在用pthread_create函数创建过程中，需了解函数中四个参数的具体含义。
2.对设计及调试过程的心得体会
在本次操作系统实验中，我学会了很多关于线程进程的知识。用fork和kill创建和杀死进程，进程的状态，父进程子进程之间的关系。还了解int pthread_create(pthread_t *thread,pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *),void *arg)函数的使用方法，可以创建线程，并熟悉了线程的并发。大致掌握PTHREAD_MUTEX_NORMAL,PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK，PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE和PTHREAD_MUTEXT_DEFAULT等线程互斥锁的类型。对互斥和同步的理解。了解死锁是如何产生的并且练习了如何解除死锁。使我对进程与线程有了更深的认知，操作系统这门课不光是理论知识，理解加上操作才能更好更快的掌握有关知识。
六、实验源代码
1.进程
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX_CHILD_NUMBER 10
#define SLEEP_INTERVAL 2
int proc_number = 0;
void do_something(){
printf("This is process No.%d and its is %d\n",proc_number,getpid());
sleep(SLEEP_INTERVAL);
}
int main(int argc,char *argv[]){
int child_proc_number=MAX_CHILD_NUMBER;
int i,ch;
pid_t child_pid;
pid_t pid[10]={0};
if(argc>1){
child_proc_number = (child_proc_number > 10) ? 10 : child_proc_number;
}
for(i=0;i 2.线程
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX_THREAD 3 /*线程的个数*/
unsigned long long main_counter,counter[MAX_THREAD];
/*unsigned long long 是比long还长的整数*/
void* thread_worker(void* );
int main(int argc, char *argv[])
{
int i, rtn, ch;
pthread_t pthread_id[MAX_THREAD] = {0}; /*存放线程Id*/
for(int i = 0; i < MAX_THREAD; i++){
/*在这里填写代码，用pthread_create建一个普通的线程,线程id 存入 pthread_id[i],线程执行函数是thread_worker并i作为参数传给线程*/
if(pthread_create(&pthread_id[i], NULL, thread_worker, (void*)i) !=0){
printf("thread_create failed");
exit(1);
}
}
do{/*用户按一次回车执行下面的循环体一次。按q退出*/
unsigned long long sum = 0;
/*求所有线程的counter的和*/
for(i = 0; i < MAX_THREAD; i++){/*求所有counter的和*/
sum += counter[i];
printf("%llu ", counter[i]);
}
printf("%llu/%llu",main_counter, sum);
}while((ch = getchar()) != 'q');
return 0;
}
void* thread_worker(void* p){
int thread_num;
/*在这里填写代码,把main中的i的值传递给thread_num*/
thread_num = (int*)p;
for(;;){ /*无限循环*/
counter[thread_num]++; /*本线程的counter加一*/
main_counter++; /*主counter加一*/
sleep(0.05);
}
}
3.互斥
#include
#include
#include
#include
#include
#define LOOP_TIMES 10000
pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
/*用宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来初始化 */
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* thread_worker(void*);
void critical_section(int thread_num, int i);
int main(void){
int rtn, i;
pthread_t pthread_id = 0; /*存放子线程的id*/
rtn = pthread_create(&pthread_id, NULL, thread_worker, NULL);
if(rtn){
printf("pthread_create ERROR!\n");
return -1;
}
for(i=0; i