实验三 观察Linux进程线程的异步并发执行

一、实验目的

通过本实验学习如何创建Linux进程及线程，通过实验，观察Linux进程及线程的异步执行。理解进程及线程的区别及特性，进一步理解进程是资源分配单位，线程是独立调度单位。

二、实验环境

硬件环境：计算机一台，局域网环境；

软件环境：Linux Ubuntu操作系统，gcc编译器。

三、实验内容和步骤

1. 进程异步并发执行

• 1）编写一个C语言程序，该程序首先初始化一个count变量为1，然后使用fork函数创建两个子进程，每个子进程对count加1后，显示“I am son, count=x”或“I am daughter, count=x”,父进程对count加1之后，显示“I am father, count=x”,其中x使用count值代替。最后父进程使用waitpid等待两个子进程结束之后退出。

  /*
   * @Description: 
   * @version: 
   * @Author: 
   * @Date: 2021-04-24 19:57:48
   * @LastEditors: Please set LastEditors
   * @LastEditTime: 2021-04-24 20:17:45
   */
  #include <unistd.h>
  #include <stdio.h>
  int main()
  {
      pid_t son_pid, daughter_pid;
      int count = 1;
      son_pid = fork();
          if (son_pid == 0)
          {
              count++;
              printf("I am son, count = %dn", count);
          }
          else
          {
              daughter_pid = fork();
              if (daughter_pid == 0)
              {
                  count++;
                  printf("I am daughter, count = %dn", count);
              }
  
              else
              {
                  count++;
                  printf("I am father, count = %dn", count);
                  waitpid(son_pid, NULL, 0);
                  waitpid(daughter_pid, NULL, 0);
              }
          }
      return 0;
  }
  

• 编译连接后，多次运行该程序，观察屏幕上显示结果的顺序性，直到出现不一样的情况为止，并观察每行打印结果中count的值。

• 每个count值都是2，执行的顺序具有随机性，每次可能都不同

3. 如果我们把上面的程序做如下修改

   /*
    * @Description: 
    * @version: 
    * @Author: 
    * @Date: 2021-04-24 19:57:48
    * @LastEditors: Please set LastEditors
    * @LastEditTime: 2021-04-24 20:17:45
    */
   #include <unistd.h>
   #include <stdio.h>
   int main()
   {
       pid_t son_pid, daughter_pid;
       int count = 1;
       son_pid = fork();
       for (int i = 1; i < 3; i++)
       {
           if (son_pid == 0)
           {
               count++;
               printf("I am son, count = %dn", count);
           }
           else
           {
               daughter_pid = fork();
               if (daughter_pid == 0)
               {
                   count++;
                   printf("I am daughter, count = %dn", count);
               }
   
               else
               {
                   count++;
                   printf("I am father, count = %dn", count);
                   waitpid(son_pid, NULL, 0);
                   waitpid(daughter_pid, NULL, 0);
               }
           }
       }
       return 0;
   }
   

• 运行以上这个程序，截图给出该程序的运行结果。
• 

4. 线程异步并发执行

• 编写一个C语言程序，该程序首先初始化一个count变量为1，然后使用pthread_create函数创建两个线程，每个线程对count加1后，显示“I am son, count=x”或“I am daughter, count=x”,父进程对count加1之后，显示“I am father, count=x”,其中x使用count值代替。最后父进程使用pthread_join等待两个线程结束之后退出。

• 编译连接后，多次运行该程序，观察屏幕上显示结果的顺序性，直到出现不一样的情况为止，并观察每行打印结果中count的值。

  /*
   * @Description: 多线程异步并发执行
   * @version: 
   * @Author: 
   * @Date: 2021-04-24 20:46:46
   * @LastEditors: Please set LastEditors
   * @LastEditTime: 2021-04-24 20:52:29
   */
  #include <unistd.h>
  #include <stdio.h>
  #include <pthread.h>
  void *daughter(void *num)
  {
      int *a = (int *)num;
      *a += 1;
      printf("I am daughter, count = %dn", *a);
  }
  void *son(void *num)
  {
      int *a = (int *)num;
      *a += 1;
      printf("I am son, count = %dn", *a);
  }
  int main()
  {
      pthread_t son_tid, daughter_tid;
      int count = 1;
      pthread_create(&son_tid, NULL, son, &count);
      pthread_create(&daughter_tid, NULL, daughter, &count);
      count++;
      printf("I am parent, count = %dn", count);
      pthread_join(son_tid, NULL);
      pthread_join(daughter_tid, NULL);
      return 0;
  }
  

• 

四、实验总结

观察两个实验结果中count值的变化，分析父进程和子进程两者之间的关系以及主线程和子线程之间的关系，写出进程和线程两者之间的区别。

1. 进程异步并发执行中，parent、son和daughter中的count是独立的，都是从1加1变为2，线程异步并发执行中，parent、son和daughter中的count不是独立的，先是在son中count加1变为2，然后parent中count又加1变为3，然后daughter中count又加1变为4。

2. 父进程和子进程二者并不共享地址空间，两个是单独的进程，子进程继承父进程的数据与代码单独运行。同一进程中的所有线程共享所在进程的地址空间和全部资源，但线程间都相互独立的并发执行。(共享进程的资源)

，先是在son中count加1变为2，然后parent中count又加1变为3，然后daughter中count又加1变为4。

2. 父进程和子进程二者并不共享地址空间，两个是单独的进程，子进程继承父进程的数据与代码单独运行。同一进程中的所有线程共享所在进程的地址空间和全部资源，但线程间都相互独立的并发执行。(共享进程的资源)

3. 区别：进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

最后

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