Unix实验五.doc

【Unix实验五】是青岛科技大学的一堂针对Unix操作系统进行的实验课，重点在于线程编程。实验目的是让学生理解和掌握多线程程序设计的基本原理和Linux系统中的pthread库。实验共分为三个部分，分别是多线程计算数组元素之和、实现线程间的数据输入与输出以及设计一个具有并发处理能力的服务器程序。 在实验的第一部分，要求创建一个包含1,000,000个int型元素的一维数组，并计算所有元素的和。实验要求使用多线程技术，主线程负责输入数据和输出结果，另外两个子线程共同参与计算。通过对比单线程和多线程程序的执行时间，可以理解线程并行计算的优势。为了测量程序运行时间，可以使用C/C++的`clock()`函数，它存在于`time.h`头文件中，返回的是以`clock_t`类型表示的系统时间。 第二部分实验要求编写一个有两个线程的程序，其中一个线程从键盘读取10个整数，另一个线程计算这10个整数的和并输出结果。为了确保线程安全，需要使用互斥锁或信号量实现线程间的同步，防止数据竞争。可以参考PPT中的例5-5来实现这一功能。 实验的第三部分（选做）涉及多进程、I/O多路复用、多线程、进程池、线程池等多种并发处理方式，要求设计一个服务器程序，能并发处理多个客户端的请求，并将客户端输入的字符串转化为大写后返回。客户端程序则需发送字符串并接收服务器的响应。实验要求提供源代码和程序运行截图。 在Unix环境中，线程是程序调度的基本单位，与进程相比，线程更轻量级，它们共享进程的资源，如全局变量、文件描述符等。线程创建主要通过`pthread_create()`函数，参数包括新线程的引用、线程属性（通常设为NULL）、线程执行的函数地址和传递给该函数的参数。线程的终止使用`pthread_exit()`函数，线程同步通常采用`pthread_join()`来等待线程结束并获取返回值。 线程同步的一个常见方法是使用信号量。信号量的创建、控制和销毁分别由`sem_init()`、`sem_wait()`和`sem_post()`以及`sem_destroy()`函数完成。`sem_wait()`会降低信号量的值并可能阻塞，而`sem_post()`则增加信号量的值，允许其他等待的线程继续执行。 通过这个实验，学生不仅能深入理解多线程编程的基本概念和技术，还能学习到如何在Unix/Linux环境下有效地利用系统资源进行并发编程，这对于提升软件开发和系统设计的能力至关重要。