Министерство образования Республики Беларусь

ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технологий программирования

Методические указания для выполнения лабораторной работы № 2 по курсу «Операционные системы и системное программирование»

«Потоки в ОС Linux»

Полоцк, 2016

Цель работы

Создание и синхронизация потоков в соответствии с международным стандартом POSIX. Распараллеливания последовательных задач с последующим анализом времени выполнения.

Краткие теоретические сведения Основные функции стандарта

Pthreads определяет набор типов и функций на языке программирования Си. Заголовочный файл — pthread.h.

Типы данных:

pthread_t: дескриптор потока

pthread_attr_t: перечень атрибутов потока

Функции управления потоками:

pthread_create(): создание потока

pthread_exit(): завершение потока (должна вызываться функцией потока при завершении)

pthread_cancel(): отмена потока

pthread_join(): заблокировать выполнение потока до прекращения другого потока, указанного в вызове функции

pthread_detach(): освободить ресурсы занимаемые потоком (если поток выполняется, то освобождение ресурсов произойдёт после его завершения)

pthread_attr_init(): инициализировать структуру атрибутов потока

pthread_attr_setdetachstate(): указать системе, что после завершения потока она может автоматически освободить ресурсы, занимаемые потоком

pthread_attr_destroy(): освободить память от структуры атрибутов потока (уничтожить дескриптор)

Функции синхронизации потоков:

pthread_mutex_init(), pthread_mutex_destroy(), pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_trylock(), pthread_mutex_unlock(): с помощью мьютексов

pthread_cond_init(), pthread_cond_signal(), pthread_cond_wait(): с помощью условных переменных

Примеры использования потоков

Пример 1:

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <time.h>

#include <pthread.h>

static void wait_thread(void)

{

time_t start_time = time(NULL);

while (time(NULL) == start_time)

{

// do nothing except chew CPU slices for up to one second.

}

}

static void *thread_func(void *vptr_args)

{

int i;

for (i = 0; i < 20; i++)

{

fputs(" b\n", stderr);

wait_thread();

}

return NULL;

}

int main(void)

{

int i;

pthread_t thread;

if (pthread_create(&thread, NULL, thread_func, NULL) != 0)

{

return EXIT_FAILURE;

}

for (i = 0; i < 20; i++)

{

puts("a");

wait_thread();

}

if (pthread_join(thread, NULL) != 0)

{

return EXIT_FAILURE;

}

return EXIT_SUCCESS;

}

Пример 2:

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

//переменная для сборки окончательного результата

int globalRes = 0;

//векторы, которые предстоит умножить

int v1[100], v2[100];

//

int ids[4] = {0,1,2,3};

//четрыре объекта типа "описатель потока"

pthread_t thrs[4];

//мьютекс

pthread_mutex_t mutex;

//функция потока

void* prod(void* me)

{

//узнали номер потока

int offset = *((int*)me);

//вычислили смещение в векторе до "своей" четверти

offset *= 25;

//вычисление частичного результата

int res = 0;

for(int i = offset; i<offset+25; i++)

res += v1[i]*v2[i];

//захват мьютекса

pthread_mutex_lock(&mutex);

//добавление к глобальному результату при исключительном владении глобальной переменной

globalRes += res;

//освобождение мьютекса

pthread_mutex_unlock(&mutex);

}

int main()

{

//тут где-то должна быть инициализация массивов

//атрибуты потока

pthread_attr_t attrs;

//инициализация атрибутов потока

if(0!=pthread_attr_init(&attrs))

{

perror("Cannot initialize attributes");

abort();

};

//установка атрибута "присоединенный"

if(0!=pthread_attr_setdetachstate(&attrs, PTHREAD_CREATE_JOINABLE))

{

perror("Error in setting attributes");

abort();

}

//порождение четырех потоков

for(int i = 0; i<4; i++)

if(0!=pthread_create(&thrs[i], &attrs, prod, &ids[i]))

{

perror("Cannot create a thread");

abort();

}

//освобождение ресурсов, занимаемых описателем атрибутов

pthread_attr_destroy(&attrs);

//ожидание завершения порожденных потоков

for(int i = 0; i<4; i++)

if(0!=pthread_join(thrs[i], NULL)

{

perror("Cannot join a thread");

abort();

}

return 0;

}