操作系统实验报告二

操作系统实验报告二

姓名：许恺

学号：2014011329

日期：10月14日

题目1：编写线程池

关键代码如下：

1.Thread.h
#pragma once
#ifndef __THREAD_H  
#define __THREAD_H  

#include <vector>  
#include <string>  
#include <pthread.h> 
#pragma comment(lib,"x86/pthreadVC2.lib")
using namespace std;

/**
* 执行任务的类，设置任务数据并执行
*/
class CTask
{
protected:
    string m_strTaskName;  /** 任务的名称 */
    void* m_ptrData;       /** 要执行的任务的具体数据 */
public:
    CTask() {}
    CTask(string taskName)    //任务类的重载：设置任务名，设置任务内容为空
    {
        m_strTaskName = taskName;
        m_ptrData = NULL;
    }
    virtual int Run() = 0;            /*启动任务的虚函数*/
    void SetData(void* data);    /** 设置任务数据 */

public:
    virtual ~CTask() {}    //虚拟析构函数
};

/**
* 线程池管理类的实现
*/
class CThreadPool
{
private:
    static  vector<CTask*> m_vecTaskList;     /** 任务列表 */
    static  bool shutdown;                    /** 线程退出标志 */
    int     m_iThreadNum;                     /** 线程池中启动的线程数 */
    pthread_t   *pthread_id;

    static pthread_mutex_t m_pthreadMutex;    /** 线程同步锁 */
    static pthread_cond_t m_pthreadCond;      /** 线程同步的条件变量 */

protected:
    static void* ThreadFunc(void * threadData); /** 新线程的线程回调函数 */
    static int MoveToIdle(pthread_t tid);       /** 线程执行结束后，把自己放入到空闲线程中 */
    static int MoveToBusy(pthread_t tid);       /** 移入到忙碌线程中去 */

    int Create();          /** 创建线程池中的线程 */

public:
    CThreadPool(int threadNum = 10);
    int AddTask(CTask *task);      /** 把任务添加到任务队列中 */
    int StopAll();                 /** 使线程池中的线程退出 */
    int getTaskSize();             /** 获取当前任务队列中的任务数 */
};

#endif
2.Thread.cpp
#include "stdafx.h"
#include "Thread.h"  
#include <iostream>  

void CTask::SetData(void * data)  //设置任务的具体内容
{
    m_ptrData = data;
}

vector<CTask*> CThreadPool::m_vecTaskList;         //任务列表  
bool CThreadPool::shutdown = false;            //设置关闭为0

pthread_mutex_t CThreadPool::m_pthreadMutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;    //设置变量值
pthread_cond_t CThreadPool::m_pthreadCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

/**
* 线程池管理类构造函数
*/
CThreadPool::CThreadPool(int threadNum)
{
    this->m_iThreadNum = threadNum;    //用参数设置线程数量
    cout << "I will create " << threadNum << " threads\n" << endl;
    Create();    //调用创建线程的函数
}

/**
* 线程回调函数
*/
void* CThreadPool::ThreadFunc(void* threadData)
{
    pthread_t tid = pthread_self();        
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&m_pthreadMutex);
        while (m_vecTaskList.size() == 0 && !shutdown)    //没有任务就挂起等待
        {
            pthread_cond_wait(&m_pthreadCond, &m_pthreadMutex);
        }

        if (shutdown)    //如果是关闭的就解锁退出线程
        {
            pthread_mutex_unlock(&m_pthreadMutex);
            printf("thread %lu will exit\n", pthread_self());
            pthread_exit(NULL);
        }

        printf("tid %lu run\n", tid);
        vector<CTask*>::iterator iter = m_vecTaskList.begin();    //添加迭代器从任务列表开头

        /**
        * 取出一个任务并处理之
        */
        CTask* task = *iter;
        if (iter != m_vecTaskList.end())
        {
            task = *iter;
            m_vecTaskList.erase(iter);    
        }

        pthread_mutex_unlock(&m_pthreadMutex);

        task->Run(); /** 执行任务 */
        printf("tid:%lu idle\n", tid);
    }
    return (void*)0;
}

int CThreadPool::MoveToIdle(pthread_t tid)
{
    return 0;
}

int CThreadPool::MoveToBusy(pthread_t tid)
{
    return 0;
}

/**
* 往任务队列里边添加任务并发出线程同步信号
*/
int CThreadPool::AddTask(CTask *task)
{
    pthread_mutex_lock(&m_pthreadMutex);
    this->m_vecTaskList.push_back(task);
    pthread_mutex_unlock(&m_pthreadMutex);
    pthread_cond_signal(&m_pthreadCond);
    return 0;
}

/**
* 创建线程
*/
int CThreadPool::Create()
{
    pthread_id = (pthread_t*)malloc(sizeof(pthread_t) * m_iThreadNum);
    for (int i = 0; i < m_iThreadNum; i++)
    {
        pthread_create(&pthread_id[i], NULL, ThreadFunc, NULL);
    }
    return 0;
}

/**
* 停止所有线程
*/
int CThreadPool::StopAll()
{
    /** 避免重复调用 */
    if (shutdown)
    {
        return -1;
    }
    printf("Now I will end all threads!!\n");
    /** 唤醒所有等待线程，线程池要销毁了 */
    shutdown = true;
    pthread_cond_broadcast(&m_pthreadCond);

    /** 阻塞等待线程退出，否则就成僵尸了 */
    for (int i = 0; i < m_iThreadNum; i++)
    {
        pthread_join(pthread_id[i], NULL);
    }

    free(pthread_id);
    pthread_id = NULL;

    /** 销毁条件变量和互斥体 */
    pthread_mutex_destroy(&m_pthreadMutex);
    pthread_cond_destroy(&m_pthreadCond);

    return 0;
}

/**
* 获取当前队列中任务数
*/
int CThreadPool::getTaskSize()
{
    return m_vecTaskList.size();
}

3.webServer2.cpp
// webServer2.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "Thread.h"  
#include <iostream>  
#include <windows.h>

class CMyTask : public CTask
{
public:
    CMyTask() {}

    inline int Run()
    {
        printf("%s\n", (char*)this->m_ptrData);
        Sleep(10);
        return 0;
    }
};

int main()
{
    CMyTask taskObj;

    char szTmp[] = "this is the first thread running\n";  //任务内容
    taskObj.SetData((void*)szTmp);    //将任务内容设到对象里
    CThreadPool threadPool(10);

    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
            threadPool.AddTask(&taskObj);    //将任务对象添加到线程池的任务队列
    }

    while (1)//检查任务完成情况，看是否退出
    {
        printf("there are still %d tasks need to handle\n", threadPool.getTaskSize());
        if (threadPool.getTaskSize() == 0)
        {
            if (threadPool.StopAll() == -1)    //如果没剩就退出
            {
                printf("Now I will exit from main\n");
                exit(0);
            }
        }
        Sleep(10);    //给予任务执行时间
    } 

    return 0;
}

题目2：将Web服务器接收功能加入到此线程池中，让线程池中的线程完成信号接收功能、文件读取和发送

程序代码以及运行贴图：

1.webServer2.cpp
// webServer2.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>  
#include <Winsock2.h> 
#include <windows.h>
#include <string>
#include <fstream>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
using namespace std;
SOCKET socketconn;
static string dir = "D:\\xukai\\学习\\操作系统实验\\webServer1\\webServer\\Debug\\";//文件路径
#include "Thread.h"  
#include "CMyTask.h"
void main(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    CMyTask taskObj;
    CThreadPool threadPool(10);
    
    //初始化WinSock库
    WORD wVersionRequested;
    WSADATA wsaData;

    cout << "初始化库成功" << endl;

    wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
    int wsaret = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);

    if (wsaret)
        return;

    //创建SOCKET 
    SOCKET socketSrv;
    socketSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if (socketSrv == INVALID_SOCKET)
        return;
    cout << "创建socket成功" << endl;
    SOCKADDR_IN addrSrv;
    addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addrSrv.sin_family = AF_INET;
    addrSrv.sin_port = htons(80);

    //绑定套接字
    if (bind(socketSrv, (struct sockaddr*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR)))
    {
        //关闭连接
        shutdown(socketSrv, 1);
        closesocket(socketSrv);
        WSACleanup();
        return;
    }
    cout << "绑定套接字成功！" << endl;
    //等待客户端连接
    SOCKADDR_IN addrCli;
    int len = sizeof(SOCKADDR);
    //监听端口
    if (listen(socketSrv, 5) == SOCKET_ERROR)
    {
        printf("监听失败!\n");
    }

    while (true)
    {
        socketconn = accept(socketSrv, (SOCKADDR*)&addrCli, &len);
        //接受连接
        if (socketconn == SOCKET_ERROR)
        {
            printf("接受连接失败!\n");
            return;
        }
        cout << "连接成功" << endl;
        taskObj.SetData((void*)0);    //将任务内容设到对象里
        threadPool.AddTask(&taskObj);    //将任务对象添加到线程池的任务队列
        CThreadPool::Threadfunction();
    }
    shutdown(socketSrv, 1);
    closesocket(socketSrv);
    //关闭连接

    WSACleanup();
}

2.Thread.h
#pragma once
#ifndef __THREAD_H  
#define __THREAD_H  

#include <vector>  
#include <string>  
#include <pthread.h> 
#pragma comment(lib,"x86/pthreadVC2.lib")
using namespace std;

/**
* 执行任务的类，设置任务数据并执行
*/
class CTask
{
protected:
    string m_strTaskName;  /** 任务的名称 */
    void* m_ptrData;       /** 要执行的任务的具体数据 */
public:
    CTask() {}
    CTask(string taskName)    //任务类的重载：设置任务名，设置任务内容为空
    {
        m_strTaskName = taskName;
        m_ptrData = NULL;
    }
    virtual int Run() = 0;            /*启动任务的虚函数*/
    void SetData(void* data);    /** 设置任务数据 */

public:
    virtual ~CTask() {}    //虚拟析构函数
};

/**
* 线程池管理类的实现
*/
class CThreadPool
{
private:
    static  vector<CTask*> m_vecTaskList;     /** 任务列表 */
    static  bool shutdown;                    /** 线程退出标志 */
    int     m_iThreadNum;                     /** 线程池中启动的线程数 */
    pthread_t   *pthread_id;

    static pthread_mutex_t m_pthreadMutex;    /** 线程同步锁 */
    static pthread_cond_t m_pthreadCond;      /** 线程同步的条件变量 */

protected:
    static int MoveToIdle(pthread_t tid);       /** 线程执行结束后，把自己放入到空闲线程中 */
    static int MoveToBusy(pthread_t tid);       /** 移入到忙碌线程中去 */
    static void* ThreadFunc(void*); /** 新线程的线程回调函数 */
    int Create();          /** 创建线程池中的线程 */

public:
    static void Threadfunction();    //在主函数中调用的任务函数
    CThreadPool(int threadNum = 10);
    int AddTask(CTask *task);      /** 把任务添加到任务队列中 */
    int StopAll();                 /** 使线程池中的线程退出 */
    int getTaskSize();             /** 获取当前任务队列中的任务数 */
};

#endif
3.Thread.cpp
#include "stdafx.h"
#include "Thread.h"  
#include <iostream>  

void CTask::SetData(void * data)  //设置任务的具体内容
{
    m_ptrData = data;
}

vector<CTask*> CThreadPool::m_vecTaskList;         //任务列表  
bool CThreadPool::shutdown = false;            //设置关闭为0

pthread_mutex_t CThreadPool::m_pthreadMutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;    //设置变量值
pthread_cond_t CThreadPool::m_pthreadCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

/**
* 线程池管理类构造函数
*/
CThreadPool::CThreadPool(int threadNum)
{
    this->m_iThreadNum = threadNum;    //用参数设置线程数量
    cout << "I will create " << threadNum << " threads\n" << endl;
    Create();    //调用创建线程的函数
}

/**
* 线程回调函数
*/
void* CThreadPool::ThreadFunc(void*)
{
    
    return (void*)1;
}

void CThreadPool::Threadfunction()
{
    pthread_t tid = pthread_self();
    printf("tid %lu run\n", tid);
    vector<CTask*>::iterator iter = m_vecTaskList.begin();    //添加迭代器从任务列表开头
    /**
    * 取出一个任务并处理之
    */
    CTask* task = *iter;
    if (iter != m_vecTaskList.end())
    {
        task = *iter;
        m_vecTaskList.erase(iter);
    }

    pthread_mutex_unlock(&m_pthreadMutex);

    task->Run(); /** 执行任务 */
    printf("tid:%lu idle\n", tid);

}

int CThreadPool::MoveToIdle(pthread_t tid)
{
    return 0;
}

int CThreadPool::MoveToBusy(pthread_t tid)
{
    return 0;
}

/**
* 往任务队列里边添加任务并发出线程同步信号
*/
int CThreadPool::AddTask(CTask *task)
{
    pthread_mutex_lock(&m_pthreadMutex);
    this->m_vecTaskList.push_back(task);
    pthread_mutex_unlock(&m_pthreadMutex);
    pthread_cond_signal(&m_pthreadCond);
    return 0;
}

/**
* 创建线程
*/
int CThreadPool::Create()
{
    pthread_id = (pthread_t*)malloc(sizeof(pthread_t) * m_iThreadNum);
    for (int i = 0; i < m_iThreadNum; i++)
    {
        pthread_create(&pthread_id[i], NULL,ThreadFunc, NULL);
    }
    return 0;
}

/**
* 停止所有线程
*/
int CThreadPool::StopAll()
{
    /** 避免重复调用 */
    if (shutdown)
    {
        return -1;
    }
    printf("Now I will end all threads!!\n");
    /** 唤醒所有等待线程，线程池要销毁了 */
    shutdown = true;
    pthread_cond_broadcast(&m_pthreadCond);
    /** 阻塞等待线程退出，否则就成僵尸了 */
    for (int i = 0; i < m_iThreadNum; i++)
    {
        pthread_join(pthread_id[i], NULL);
    }
    free(pthread_id);
    pthread_id = NULL;
    /** 销毁条件变量和互斥体 */
    pthread_mutex_destroy(&m_pthreadMutex);
    pthread_cond_destroy(&m_pthreadCond);
    return 0;
}

/**
* 获取当前队列中任务数
*/
int CThreadPool::getTaskSize()
{
    return m_vecTaskList.size();
}

4.CMyTask.h
#pragma once
#include "Thread.h"
#include "windows.h"

class CMyTask : public CTask
{
public:
    CMyTask() {}
    inline int Run()
    {
        printf("Process startup!\n");
        //init
        WORD wVersionRequested;
        WSADATA wsaData;
        wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
        WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
        DWORD pid = ::GetCurrentProcessId();

        sockaddr_in sa;
        int add_len = sizeof(sa);
        if (socketconn != INVALID_SOCKET)
        {
            getpeername(socketconn, (struct sockaddr *)&sa, &add_len);
            //while (1)
            //{
            //连接成功后与客户端进行会话
            char recvBuff[10000];
            string sendBuf;
            string locDir;
            ifstream fp;
            //接收请求
            if (recv(socketconn, recvBuff, 10000, 0) == SOCKET_ERROR)
            {
                printf("%d\n", socketconn);
                printf("error!");
                getchar();
                return 0;
            }
            //读取http请求头
            string recvBuffer = recvBuff;
            int posGet = recvBuffer.find("GET", 0);
            int posHttp = recvBuffer.find("HTTP", 0);
            //截取html文件路径
            for (int pos = posGet + 4; pos < posHttp; pos++)
            {
                if (recvBuffer[pos] == '/')
                {
                    locDir.push_back('\\');
                    continue;
                }
                locDir.push_back(recvBuffer[pos]);
            }
            locDir = dir + locDir;
            //打开http请求文件进行读取
            fp.open(locDir.c_str(), std::ios::binary);
            //打开文件失败
            if (!fp.is_open())
            {
                cout << "请求文件" << locDir.c_str() << "不存在" << endl;
            }
            else//打开文件成功并读取
            {
                char buffer[1024];

                while (fp.good() && !fp.eof())
                {
                    fp.getline(buffer, 1024);
                    //将读取的内容追加入sendBuf中
                    sendBuf.append(buffer);
                    buffer[0] = '\0';
                }
            }
            fp.close();
            //响应请求，将页面信息发送到客户端
            if (send(socketconn, sendBuf.c_str(), sendBuf.length(), 0) == SOCKET_ERROR)
            {
                return 0;
            }
            shutdown(socketconn, 1);
            //关闭连接
            closesocket(socketconn);
        }
        else
        {
            printf("[%d]fail accept:%d\n", pid, ::WSAGetLastError());
        }
        return 0;
    }
};

题目3：Web服务器对所有的Web页面请求进行计数，并能够对每个线程处理页面请求时间计时，每分钟报告一次服务器的状态：状态服务器需打印出当前时间，一共处理了多少请求链接，本分钟处理了多少链接请求，每次链接请求的时间是多少？

结论：

　　进程的网页测试在实验一的基础上进行，多线程的直接使用了老师给的工具，这里偷了个小懒。经过程序计算，多线程方法显然比进程的要快一些，是因为它不用一遍一遍去创建和释放进程，有线程池循环调用，在互斥锁的功能下也不会出现阻塞。因为不同的程序进行计算时间在细节上会有一定偏差但是差别不大，在这里我们忽略不记。

结果如图：

进程：