实验进程与线程——Linux进程与线程通讯

实验 进程与线程——Linux 进程与线程通讯 实验目的 实验内容 实验准备 实验设计 参考代码 实验结果 思考题 实验目的 深刻理解线程和进程的概念，掌握线程与进程在组成成分上的差别，以及与其相适应的通讯方式和应用目标。 实验内容 以Linux系统进程和线程机制为背景，掌握fork()和clone()系统调用的形式和功能，以及与其相适应的高级通讯方式。由fork派生的子进程之间通过pipe通讯，由clone创建的线程之间通过共享内存通讯，对于后者需要考虑互斥问题。 以生产者/消费者问题为例，通过实验理解fork()和clone()两个系统调用的区别。程序要求能够创建4个进程或线程，其中包括两个生产者和两个消费者，生产者和消费者之间能够传递数据。 实验准备 fork系统调用 clone系统调用 pipe系统调用 sem_wait(&s)和sem_post(&s) pthread_mutex_lock(&mutex)和pthread_mutex_unlock(&mutex) fork系统调用 pid=fork() 创建一个子进程，子进程是父进程的完整复制，正常返回值为非负整数，对于父进程来说该数大于0，是子进程的编号(pid)；对于子进程来说该数为0。正是利用反回值的差别可以决定二者不同的后继动作。 clone系统调用 int clone (int ( *fn ) (void *arg) , void *stack , int flag , void *arg) ; 其中,fn是轻进程所执行的函数;stack是轻进程所使用的栈;flag是CLONE_VM, CLONE_FS, CLONE_FILES, CLONE_SIGHAND, CLONE_PID的组合;arg是调用过程的对应参数。Clone()的关键是flag的设定，CLONE_VM表示子进程共享父进程内存，CLONE_FS表示子进程共享父进程的文件系统，CLONE_SIGHAND表示子进程共享父进程的消息处理机制，CLONE_PID是指子进程继承父进程的id号。 pipe系统调用 ret_val=pipe(fd); 参数定义为int fd[2]。创建一个管道文件，返回两个文件描述符fd[0]和fd[1]分别用于管道文件的读和写操作。管道文件创建后，可以被fork创建的子进程共享。 sem_wait(&s)和sem_post(&s) sem_wait(&s)和sem_post(&s)分别相当于信号灯的P操作和V操作。其中s是说明为sem_t类型的信号灯。初始化函数sem_init(s,0,8)。 pthread_mutex_lock(&mutex)和pthread_mutex_unlock(&mutex) pthread_mutex_lock(&mutex)和pthread_mutex_unlock(&mutex)分别用于加锁和解锁。参数为pthread_mutex_t mutex定义的互斥锁。初始化tthread_mutex_init(&mutex,NULL)。 实验设计 用pipe()创建一个管道文件，然后用fork()创建两个生产进程和两个消费进程，它们之间通过pipe()传递信息。 用clone()创建四个轻进程(线程)，用参数指明共享内存等资源，通过共享内存模拟生产消费问题，利用pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_unlock()等函数实现对共享存储区访问的互斥。 参考代码 基于fork()系统调用 基于clone()系统调用 基于fork()系统调用 #include "sys/types.h" #include "sys/file.h" #include "unistd.h" char r_buf[4]; //读缓冲 char w_buf[4]; //写缓冲 int pipe_fd[2]; pid_t pid1, pid2, pid3, pid4; int producer(int id); int consumer(int id); int main(int argc,char **argv) { if(pipe(pipe_fd)<0) { printf("pipe create error \n"); exit(-1); } else { printf("pipe is created successfully!\n"); if((pid1=fork())==0)