实验六 线程的创建与调度

实验六线程的创建与调度
一、实验目的
1、线程是操作系统中最重要的概念之一。

现代操作系统为了增加程序的并发度，减少进程转换中系统的时空开销，几乎都引入了线程。

线程，也叫轻量级进程，引入线程后，仍以进程为单位分配系统资源，但处理机却是以线程为单位进行指派。

通过该实验，让学生体会线程的存在，了解线程与进程的关系，学习线程的创建与终止方法。

二、实验预习
1、什么是线程？为什么要建立线程？一个线程一般有几种不同的状态？
答：线程具有许多传统进程所具有的特征，所以又称为轻型进程或进程元，作为调度和分派的基本单位。

建立线程的目的是为了使多个程序能够并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量。

线程在运行时具有三种基本状态：执行状态，表示线程已获得处理机而正在运行；
就绪状态，表示线程已具备了各种执行条件，只须再获得CPU便可立即执行；
阻塞状态，表示线程在执行中因某事件受阻而处于暂停状态。

2、线程的实现方式有哪几种？操作系统是根据什么来感知线程的存在的？
答：线程的实现方式有用户级线程和内核支持线程以及实现了这两种类型的线程三种。

内核支持线程（KST）：又称为内核级线程（KIT），在OS中的所有进程，无论是系统进程还是用户进程，都是在操作系统内核的支持下运行的，是和内核紧密相关的。

当前大多数OS 都支持内核支持线程。

用户级线程（ULT）:用户级线程是和内核无关的，对于设置了用户级线程的系统，其调度仍是以进程为单位进行的。

用户级线程的主要缺点有系统调用的阻塞问题和进程中仅有一个线程能够执行。

组合方式：在组合方式线程系统中，内核支持多个内核支持线程的建立、调度和管理，同时，也允许用户应用程序建立、调度和管理用户级线程。

操作系统是根据线程控制块（TCB）来感知线程的存在的。

三、实验内容和要求
实验要求：写出实验过程和实验结果，给出实验结论。

实验内容：
1．通过SPY++工具来查看系统中的进程和线程；查看进程和线程的关系以及它们的优先级等信息。

2.在VC环境下建立一个控制台应用程序P1。

系统启动一个进程（因为支持线程，OS会在进程中主动创建一个主线程）来运行该程序。

输出该进程的ID号、以及该进程下面主线程的ID号。

程序代码如下：
#include<stdio.h>
#include<afxmt.h>
int main(){
printf("一个进程正在运行中\n");
printf("进程的主线程正在运行中\n");
printf("进程的ID号=%ld，线程ID号=%ld\n",
GetCurrentProcessId(),GetCurrentThreadId());
return 0;
}
3、在VC环境下建立一个控制台应用程序P1。

系统启动一个进程（因为支持线程，OS会在进程中主动创建一个主线程）来运行该程序。

在进程中，我们自己再创建一个子线程（子线程1），该子线程做的事情很简单，就是让它不停地输出如下信息：
子线程1正在运行第1次，其进程的ID号=~, 子线程1的ID号=~
子线程1正在运行第2次，其进程的ID号=~, 子线程1的ID号=~。

子线程1正在运行第20次，其进程的ID号=~, 子线程1的ID号=~
只要启动了一个子线程，实际上系统中是主线程和子线程1在并发执行。

主线程的功能是输出这样形式的内容：
主线程正在运行第1次，其进程的ID号=~,主线程的ID号=~
主线程正在运行第2次，其进程ID号=~, 主线程的ID号=~。

主线程正在运行第20次，其进程ID号=~, 主线程的ID号=~
多运行几次，观察主线程和子线程并发调动的次序。

每次调度都一样吗？为什么？进程ID、主线程ID和子线程ID每次都一样吗？
体会操作系统中并发的异步性。

程序代码如下：
#include<stdio.h>
#include<afxmt.h>
DWORD WINAPI Thread1(LPVOID lpparameter){
int i;
for(i=1;i<=20;i++){
printf("子线程1在运行中,它正在运行第%d times,所属进程的ID号=%ld, 本线程的ID号=%ld\n",i,GetCurrentProcessId(),GetCurrentThreadId());
}
return 0;
}
int main(){
int j;
printf("一个进程在运行中\n");
printf("主线程在运行中\n");
HANDLE hThread1=CreateThread(NULL,0,Thread1,NULL,0,NULL);
for(j=1;j<=20;j++){
printf("主线程正在运行第%d次;进程的ID号=%ld,线程ID号=%ld\n",
j,GetCurrentProcessId(),GetCurrentThreadId());
Sleep(500);
}
return 0;
}
多次运行的结果显示，每次调度是不一样的，因为操作系统中程序并发运行时的异步性原则，进程ID、主线程ID和子线程ID每次也都是不一样的。

4、在上面实验3的基础上，再创建一个子线程2，子线程2也如线程1一样输出，只是线程1改为线程2而已。

即，此时在计算机系统中形成主线程、线程1、线程2一起并发的阵势。

多运行几次，观察线程的调度情况，看看每次调度执行的结果一样不一样？
体会计算机系统中线程并发的异步性。

代码如下所示：
#include<stdio.h>
#include<afxmt.h>
DWORD WINAPI Thread1(LPVOID lpparameter){
int i;
for(i=1;i<=10;i++){
printf("子线程1在运行中,它正在运行第%d times,所属进程的ID号=%ld,本线程的ID号=%ld\n",i,GetCurrentProcessId(),GetCurrentThreadId());
}
return 0;
}
DWORD WINAPI Thread2(LPVOID lpparameter){
int i;
for(i=1;i<=10;i++){
printf("子线程2在运行中,它正在运行第%d times,所属进程的ID号=%ld,本线程的ID号=%ld\n",i,GetCurrentProcessId(),GetCurrentThreadId());
}
return 0;
}
int main(){
int j;
printf("一个进程在运行中\n");
printf("主线程在运行中\n");
HANDLE hThread1=CreateThread(NULL,0,Thread1,NULL,0,NULL);
HANDLE hThread2=CreateThread(NULL,0,Thread2,NULL,0,NULL);
for(j=1;j<=10;j++){
printf("主线程正在运行第%d次;进程的ID号=%ld,线程ID号=%ld\n", j,GetCurrentProcessId(),GetCurrentThreadId());
Sleep(500);
}
return 0;
}
多次运行的结果显示，每次调度执行是不一样的，因为计算机系统中线程运行时并发的异步性原则。

四、实验小结
通过本次实验的学习，体会线程的存在和引进线程的目的和意义，对线程有大致的了解，并进一步分析进程和线程之间的联系，从而更加具体的理解线程的概念，引入线程后，处理机是以线程为单位进行指派，但仍是以进程为单位分配系统资源的。

学习线程的创建和终止，在线程的创建函数执行完后，将返回一个线程标识符供以后使用，并对线程实现的三种方式进程了解其适应范围和优缺点，从而对线程有更加全面的理解和掌握。