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1、Linux并 发编程实验多线程、多进程编程1 实验目的和要求2、 实验内容3、 实验结果与分析1、 进程实验（1） 分别创立4个C文件，get.c、copy.c、put.c以及main.c分别实验读入，拷贝，输出，及前三个函数的调用；（2） 定义三个缓冲区，其中一个记录对各项操作的选择，另外两个用来传输拷贝文件内容，相当于图中的缓冲区s和缓冲区t；（3） 并发执行时定义了4个信号灯，分别用来控制缓冲区s是否有内容，缓冲区s是否空，缓冲区t是否有内容，缓冲区t是否为空；顺序执行时定义了三个信号灯，让get、copy、put分别其按顺序依次执行。（4） 创建三个进程分别实现get、copy、put
2、功能；（5） 并发时原理如下If(f不为空)get(s,f);while（誊抄未完成）t=s；cobeginput(t,g);get(s,f);coend;（6） 顺序执行时原理如下：while（f不为空）input;output;（7） 创建一个字符文档如下，大小为42.4KB，内容为一连串的字符此时文件比较小用并发和顺序所得执行结果如下由此可知当文件很小时，并发执行和顺序执行比本感觉不出差距。（8） 创建一个一个较大的f.txt文档，大小为113.5KB，内容为一连串字符，如下：此时文件较大，并发执行和顺序执行的程序运行结果如下所示：此时才能看出两者之间有细小的差别，顺序执行效率小于并发执
3、行的效率！但还是可见差距非常不明显！（9） 分析：对于进程而言，顺序执行和并发执行之间的差距并不是那么明显，尤其是在拷贝文件较小时，基本感觉不出差距，只有在拷贝文件很大时才能有感觉到明显的差距。2、 线程实验（1） 实验原理与进程一致，只是这次用的是一个thread。C文件，内部有4个函数分别为get、copy、put、main来实现全部功能。并且创建的为3个线程。（2） 创建一个f.txt文件，大小为113.5KB,内容为一串连续字符，如下所示并发和顺序的执行结果如下所示：并发执行的结果为4.83秒，而顺序执行在两分钟后还是没有完成，用ctrl+C打断，可见当要拷贝的文件很大时，线程的并发和
4、顺序执行之间的差距是非常明显的！（3） 创建一个较小的f.txt文件,大小为7.6KB，内容为一连串的字符，如下所示:此时的运行结果如下所示：可见，当拷贝的文件较小时，线程的顺序与并发执行指尖的差距也会变小。（4） 分析：线程而言，越是大的文件拷贝，顺序执行与并发执行的差距就越明显，即使文件很小，也能感到一定的差距3、 进程与线程的对比分析进程与线程相比，分得的资源更多，因此执行起来的速度相对线程要快很多，因此，即使是拷贝很大的文件，对于并发执行和顺序执行两者的差距也不是那么显著，对于小文件就更是基本感觉不到差距；而线程不一样，分得的资源相比进程少很多，执行速度相对较慢，即使是小文件的拷贝也能
5、感觉到两者拷贝速度的差距，对于大文件的拷贝就更是如此，越是大的文件顺序执行速度慢的太多，甚至无法在一定时间内完成。4、 参考文献庞丽萍操作系统原理（第四版）华中科技大学出版社参考文档（PDF格式）ConcurrentcopyMultiprocess Programming GuideMultithreaded Programming Guide5、 实验感想老实说，这是一次规模相当庞大的实验，不仅难度大，而且对于线程进程的编程知识本身可谓一窍不通，有一段漫长的学习过程。但是经过几个礼拜的努力，还是圆满的将这份实验完成，对于这个结果本人还是相当满意的！首先是对于线程和进程的编程了解说起，虽然有老
6、师给的资料，知道了那些函数大概要怎么用，但是对于写程序来说还是太吃力了，因此还是在网上找了一些关于进程线程编程的文件，了解基本程序模式，然后靠感觉来写，过程相对来说是有点凄惨的，但是在不懈的努力下还是有了大概的样子，对于进程的共享内存方面看着确实头痛，完全不理解那样的作用，但还是硬着头皮仿写，并且迫使自己去理解它。在了解了编程中信号量的使用后才正式对自己的程序进行修改，但是也出现过很多问题，譬如因为P/V操作的计算和使用失误导致死循环或者挂起之类的，改的确实心力交瘁。线程对于进程而言相对简单些，也因为我是先做完进程实验再着手线程，因此在了解线程的基本格式后也在较短的时间内将其完成。出过的一点小
7、问题就在于在过程中同时使用了信号灯和锁，导致了挂起，这个再后来觉得确实没必要，因为这两样都可以实现互斥，后来也把锁去掉了，直接信号灯来控制。对于进程编程，虽然我完成了，但是很多地方还是无法理解，实现了get、copy、put，但是main函数老是出问题，信号灯的初始化，进程建立都是一步一步的修改，对于缓冲区特殊键和共享设置至今也不是很懂为什么那样做，只能按照一些样例的格式模仿来写总之这次实验给我的感觉是难度不小于一场课设，有太多需要自学的东西，需要花时间去理解，但也因为如此，经过这场实验我也觉的我学到了很多，也因为这学期之前从未接触过linux编程，也让我在知识面上有了很大程度的提高，也希望在
8、以后有时间时能更多的接触这方面的知识，相信这对于以后也是大有帮助的。6、 源代码1、 并发进程（1） Main.c#include#include#include#include#include#include#include #include#includeunion semunint sign;struct sedid_ds *buf;unsigned *array;int semid;int buf1,buf2,buf3;char *S;char *op;char * T;pid_t p1,p2,p3;void P(int semid,int num)struct sembuf sign
9、al;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);void V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);int main(int grgc,char* argv)clock_t start,end; start = clock();union semun semopts;semid=semget(200
10、,4,IPC_CREAT|0666);semopts.sign=1;semctl(semid,0,SETVAL,semopts);semopts.sign=0;semctl(semid,1,SETVAL,semopts);semopts.sign=1;semctl(semid,2,SETVAL,semopts);semopts.sign=0;semctl(semid,3,SETVAL,semopts);buf1=shmget(231,1024,IPC_CREAT|0666);buf2=shmget(232,1024,IPC_CREAT|0666);buf3=shmget(233,1024,IP
11、C_CREAT|0666);T=(char*)shmat(buf3,NULL,SHM_R|SHM_W);S=(char*)shmat(buf1,NULL,SHM_R|SHM_W);op=(char*)shmat(buf2,NULL,SHM_R|SHM_W);if(p1=fork()=0)execv(./get,NULL);if(p2=fork()=0)execv(./copy,NULL);if(p3=fork()=0)execv(./put,NULL);while(*op!=p)sleep(1);shmctl(buf1,IPC_RMID,0);shmctl(buf2,IPC_RMID,0);s
12、hmctl(buf3,IPC_RMID,0);semctl(semid,0,IPC_RMID,0);semctl(semid,1,IPC_RMID,0);semctl(semid,2,IPC_RMID,0);semctl(semid,3,IPC_RMID,0);end = clock(); printf(Run time: %lf S,(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);printf(n); return 0;（2） Get.c#include#include#include#include#include#include#include #includev
13、oid P(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);void V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);int main(int argc,char* argv)FILE *in1;int semid;int buf1,
14、buf2;char *S;char *op;semid=semget(200,0,0666);buf1=shmget(231,0,0666);buf2=shmget(232,0,0666);S=(char*)shmat(buf1,NULL,SHM_R|SHM_W);op=(char*)shmat(buf2,NULL,SHM_R|SHM_W);if(in1=fopen(./f.txt,rb)=NULL)exit(-1);while(!feof(in1)P(semid,0);if(fgets(S,50,in1)=NULL)*op=g;V(semid,1);break;V(semid,1);fclo
15、se(in1);（3） Copy.c#include#include#include#include#include#include#include #includevoid P(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);void V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=1;signal.sem_flg
16、=0;semop(semid,&signal,1);int main(int argc,char *argv)int semid;int buf1,buf2,buf3;char *op;char *S;char *T;semid=semget(200,0,0666);buf1=shmget(231,0,0666);buf2=shmget(232,0,0666);buf3=shmget(233,0,0666);S=(char*)shmat(buf1,NULL,SHM_R|SHM_W);op=(char *)shmat(buf2,NULL,0666);T=(char*)shmat(buf3,NUL
17、L,SHM_R|SHM_W);while(1)P(semid,1);P(semid,2);if(*op=g)*op=c;V(semid,0);V(semid,3);return 0;strcpy(T,S);V(semid,0);V(semid,3);（4） Put.c#include#include#include#include#include#include#include #includevoid P(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;se
18、mop(semid,&signal,1);void V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);int main(int argc,char *argv)int semid;int buf2,buf3;char *T;char *op;FILE *out1;semid=semget(200,0,0666);buf2=shmget(232,0,0666);buf3=shmget(233,0,0666);op=(
19、char*)shmat(buf2,NULL,SHM_R|SHM_W);T=(char*)shmat(buf3,NULL,SHM_R|SHM_W);if(out1=fopen(./g.txt,wb)=NULL)exit(-1);while(1)P(semid,3);if(*op=c)V(semid,2);break;fputs(T,out1);V(semid,2);*op=p;fclose(out1);2、 顺序进程（1） 顺序main.c#include#include#include#include#include#include#include #include#includeunion
20、semunint sign;struct sedid_ds *buf;unsigned *array;int semid;int buf1,buf2,buf3;char *S;char *op;char * T;pid_t p1,p2,p3;void P(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);void V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_
21、num=num;signal.sem_op=1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);int main(int grgc,char* argv)clock_t start,end; start = clock();union semun semopts;semid=semget(200,4,IPC_CREAT|0666);semopts.sign=0;semctl(semid,1,SETVAL,semopts);semopts.sign=0;semctl(semid,2,SETVAL,semopts);semopts.sign=1;semctl(sem
22、id,3,SETVAL,semopts);buf1=shmget(231,1024,IPC_CREAT|0666);buf2=shmget(232,1024,IPC_CREAT|0666);buf3=shmget(233,1024,IPC_CREAT|0666);T=(char*)shmat(buf3,NULL,SHM_R|SHM_W);S=(char*)shmat(buf1,NULL,SHM_R|SHM_W);op=(char*)shmat(buf2,NULL,SHM_R|SHM_W);if(p1=fork()=0)execv(./get,NULL);if(p2=fork()=0)execv
23、(./copy,NULL);if(p3=fork()=0)execv(./put,NULL);while(*op!=p)sleep(1);shmctl(buf1,IPC_RMID,0);shmctl(buf2,IPC_RMID,0);shmctl(buf3,IPC_RMID,0);semctl(semid,1,IPC_RMID,0);semctl(semid,2,IPC_RMID,0);semctl(semid,3,IPC_RMID,0);end = clock(); printf(Run time: %lf S,(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);prin
24、tf(n); return 0;（2） Get.c#include#include#include#include#include#include#include #includevoid P(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);void V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=1;signal.
25、sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);int main(int argc,char* argv)FILE *in1;int semid;int buf1,buf2;char *S;char *op;semid=semget(200,0,0666);buf1=shmget(231,0,0666);buf2=shmget(232,0,0666);S=(char*)shmat(buf1,NULL,SHM_R|SHM_W);op=(char*)shmat(buf2,NULL,SHM_R|SHM_W);if(in1=fopen(./f.txt,rb)=NULL)exit(-1
26、);while(!feof(in1)P(semid,3);if(fgets(S,50,in1)=NULL)*op=g;V(semid,1);break;V(semid,1);fclose(in1);（3） Copy.c#include#include#include#include#include#include#include #includevoid P(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);void
27、 V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);int main(int argc,char *argv)int semid;int buf1,buf2,buf3;char *op;char *S;char *T;semid=semget(200,0,0666);buf1=shmget(231,0,0666);buf2=shmget(232,0,0666);buf3=shmget(233,0,0666);S=(
28、char*)shmat(buf1,NULL,SHM_R|SHM_W);op=(char *)shmat(buf2,NULL,0666);T=(char*)shmat(buf3,NULL,SHM_R|SHM_W);while(1)P(semid,1);if(*op=g)*op=c;V(semid,2);return 0;strcpy(T,S);V(semid,2);（4） Put.c#include#include#include#include#include#include#include #includevoid P(int semid,int num)struct sembuf sign
29、al;signal.sem_num=num;signal.sem_op=-1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);void V(int semid,int num)struct sembuf signal;signal.sem_num=num;signal.sem_op=1;signal.sem_flg=0;semop(semid,&signal,1);int main(int argc,char *argv)int semid;int buf2,buf3;char *T;char *op;FILE *out1;semid=semget(200,0,
30、0666);buf2=shmget(232,0,0666);buf3=shmget(233,0,0666);op=(char*)shmat(buf2,NULL,SHM_R|SHM_W);T=(char*)shmat(buf3,NULL,SHM_R|SHM_W);if(out1=fopen(./g.txt,wb)=NULL)exit(-1);while(1)P(semid,2);if(*op=c)V(semid,3);break;fputs(T,out1);V(semid,3);*op=p;fclose(out1);3、 并发线程#include#include#include#include#
31、include#includevoid get();void copy();void put();sem_t s_e,s_f,t_e,t_f;pthread_mutex_t s,t;int end_copy=1,end_put=1;char *buf1,*buf2;void main() clock_t start,end; start = clock(); pthread_t t1,t2,t3; sem_init(&s_f,0,0); sem_init(&t_f,0,0); sem_init(&s_e,0,1); sem_init(&t_e,0,1); pthread_create(&t1,
32、NULL,(void *)get,NULL); pthread_create(&t2,NULL,(void *)copy,NULL); pthread_create(&t3,NULL,(void *)put,NULL); pthread_join(t1,NULL); pthread_join(t2,NULL); pthread_join(t3,NULL); end = clock(); printf(Run time: %lf S,(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);void get() int i; char ch; FILE *fp; buf1=(cha
33、r *)malloc(sizeof(char)*20); if(fp=fopen(./f.txt,rb)=NULL) exit(-1); while(!feof(fp) sem_wait(&s_e); if(fgets(buf1,5,fp)=NULL)break; sem_post(&s_f); sem_post(&s_f); fclose(fp); end_copy=0,end_put=0;void copy() int i; char ch; buf2=(char *)malloc(sizeof(char)*20); while(1) if (end_copy=0)break; sem_w
34、ait(&s_f); sem_wait(&t_e);strcpy(buf2,buf1);sem_post(&s_e); sem_post(&t_f); void put() FILE *fp; int i; if(fp=fopen(./g.txt,wb)=NULL) exit(-1); while(1) if(end_put=0)break; sem_wait(&t_f); fputs(buf2,fp); sem_post(&t_e); sem_post(&t_e); fclose(fp);4、 顺序线程#include#include#include#include#include#incl
35、udevoid get();void copy();void put();sem_t s1,s2,s3;pthread_mutex_t s,t;int end_copy=1,end_put=1;char *buf1,*buf2;void main() clock_t start,end; start = clock(); pthread_t t1,t2,t3; sem_init(&s1,0,0); sem_init(&s2,0,0); sem_init(&s3,0,1); pthread_create(&t1,NULL,(void *)get,NULL); pthread_create(&t2
36、,NULL,(void *)copy,NULL); pthread_create(&t3,NULL,(void *)put,NULL); pthread_join(t1,NULL); pthread_join(t2,NULL); pthread_join(t3,NULL); end = clock(); printf(Run time: %lf S,(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC); printf(n);void get() int i; char ch; FILE *fp; buf1=(char *)malloc(sizeof(char)*20); if
37、(fp=fopen(./f.txt,rb)=NULL) exit(-1); while(!feof(fp) sem_wait(&s3); if(fgets(buf1,5,fp)=NULL)break; sem_post(&s1); sem_post(&s1); fclose(fp); end_copy=0,end_put=0;void copy() int i; char ch; buf2=(char *)malloc(sizeof(char)*20); while(1) if (end_copy=0)break; sem_wait(&s1); strcpy(buf2,buf1);sem_post(&s2); void put() FILE *fp; int i; if(fp=fopen(./g.txt,wb)=NULL) exit(-1); while(1) if(end_put=0)break; sem_wait(&s2); fputs(buf2,fp); sem_post(&s3); sem_post(&s3); fclose(fp);