操作系统实验——矩阵乘法

柔情只为你懂 2022-05-22 05:59 228阅读 0赞

# 实验任务 #

在windows操作系统上，利用Windows API编写程序用多线程实现矩阵乘法。实现A、B两个矩阵的乘法，并输出计算结果。

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该实验相对比较简单，可先看实验报告的实验步骤，然后需要了解一下几个关于pthread里的函数使用：  
**（1）pthread\_join函数：**

函数pthread\_join用来等待一个线程的结束。  
函数定义： int pthread\_join(pthread\_t thread, void \*\*retval);  
描述 ：  
pthread\_join()函数，以阻塞的方式等待thread指定的线程结束。当函数返回时，被等待线程的资源被收回。如果进程已经结束，那么该函数会立即返回。并且thread指定的线程必须是joinable的。

参数 ：  
thread: 线程标识符，即线程ID，标识唯一线程。  
retval: 用户定义的指针，用来存储被等待线程的返回值。  
返回值 ： 0代表成功。 失败，返回的则是错误号。

看下面一段程序：

#include <pthread.h>  
    #include <unistd.h>  
    #include <stdio.h>  
    void *thread(void *str)  
    {  
        int i;  
        for (i = 0; i < 10; ++i)  
        {  
            sleep(2);  
            printf( "This in the thread : %d\n" , i );  
        }  
        return NULL;  
    }  
    
    int main()  
    {  
        pthread_t pth;  
        int i;  
        int ret = pthread_create(&pth, NULL, thread, (void *)(i));  
    
        pthread_join(pth, NULL);  
        for (i = 0; i < 10; ++i)  
        {  
            sleep(1);  
            printf( "This in the main : %d\n" , i );  
        }  
    
        return 0;  
    }

如果我们注释掉”pthread\_join(pth, NULL);”这一行： 运行结果如下：  
![这里写图片描述][Center]  
也就是说：子线程还没有执行完毕，main函数已经退出，那么子线程也就退出了！

如果我们不注释掉那一行，那么运行结果如下：  
![这里写图片描述][Center 1]  
这说明：pthread\_join函数的调用者在等待子线程退出后才继续执行！

**（2）pthread\_create函数：**

int pthread_create(pthread_t *thread,
    
                        const pthread_attr_t *restrict_attr,
    
                        void*(*start_rtn)(void*),
    
                        void *restrict arg);

第一个参数\*thread为指向线程标识符的指针。  
第二个参数\*restrict\_attr用来设置线程属性,上面也可以用NULL，表示使用默认的属性。  
第三个参数是线程运行函数的起始地址。  
最后一个参数是运行函数的参数,NULL表示无参数。

**（3）pthread\_t：**  
pthread\_t用于声明线程ID！

类型定义：  
typedef unsigned long int pthread\_t;  
//come from /usr/include/bits/pthread.h  
sizeof (pthread\_t) =4;

**（4）pthread\_attr\_init函数**

声明：int pthread\_attr\_init(pthread\_attr\_t\*attr);

返回值：返回0，表示函数初始化对象成功。失败时返回一个错误代码。  
参数：指向一个线程属性的指针。

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直接贴上带解释的代码：

#include <iostream>
    #include <pthread.h>
    #include <stdlib.h>
    using namespace std;
    
    #define M 3
    #define K 2
    #define N 3
    
    // 根据题目定义矩阵 
    int A[M][K] = {
       {
       1,4},{
       2,5},{
       3,6}};
    int B[K][N] = {
       {
       8,7,6},{
       5,4,3}};
    //结果矩阵 
    int C[M][N];
    
    // structure for passing data to threads
    struct v
    {
        int i, j;
    };
    
    // calculate the matrix product in C[row][col]
    void *calculate(void *data) 
    {
        struct v *a = (struct v*)data;
        int i = a->i;
        int j = a->j;
        for (int k = 0; k < K; k++) 
        {
            C[i][j] += A[i][k] * B[k][j];
        }
        pthread_exit(NULL);
    }
    
    int main() 
    {
        //初始化结果矩阵 
        for (int i = 0; i < M; i++) 
        {
            for (int j = 0; j < N; j++) 
            {
                C[i][j] = 0;
            }
        }
    
    
        pthread_t tid[M * N];  //线程ID 
        pthread_attr_t attr; //线程属性 
        pthread_attr_init(&attr); //对线程属性变量的初始化。 
    
        // 创立 M*N 个线程 
        for (int i = 0; i < M; i++) 
        {
            for (int j = 0; j < N; j++) 
            {
                struct v *a = (struct v*)malloc(sizeof(struct v));
                a->i = i;
                a->j = j;
                //进行矩阵乘法的计算 
                pthread_create(&tid[i * N + j], &attr, calculate, (void*)a);
            }
        }
        // 等待全部线程结束 
        for (int i = 0; i < M * N; i++) 
        {
            pthread_join(tid[i], NULL);
        }
    
        // 输出结果 
        cout << "the Result is:" << endl;
        for (int i = 0; i < M; i++) 
        {
            for (int j = 0; j < N; j++) 
            {
                cout << C[i][j] << " ";
            }
            cout << endl;
        }
        return 0;
    }

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