> []# 2017 OS note

## Address Spaces of p_proc & c_proc

### fork()

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int x=0;
int main()
{
	pid_t pid;
	/* fork another process */
	pid = fork();
	if (pid < 0) { /* error occurred */
		fprintf(stderr, "Fork Failed");
		exit(-1);
	}
	else if (pid == 0) { /* child process */
		x++;
		exit(0);
	}
	else {	/* parent process */
        /* parent will wait for the child to complete */
		wait (NULL);
		printf ("%d",x);
		exit(0);
	}
} //parent and child use distinct mem space, x is 0

### vfork()

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int x=0;
int main()
{
	pid_t pid;
	/* fork another process */
	pid = vfork();
	if (pid < 0) { /* error  */
		fprintf(stderr, "Fork Failed");
		exit(-1);
	}
	else if (pid == 0) { /* child proc */
		x++;
		_exit(0);
	}
	else {	/* parent proc */
        /* parent will wait for the child */
		wait (NULL);
		printf ("%d",x);
		exit(0);
	}
} //child use parent's mem space, x is 1

# hw3
## <thread.h>
> Thread is either **joinable** or **detached**.

> compile and link with pthread library
> gcc **-l pthread** code.c
> gcc **-pthread** code.c

include <pthread.h>
typedef unsigned long pthread_t;

### pthread_create()
[@](http://man7.org/linux/man-pages/man3/pthread_create.3.html)
> create new thread

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                          void *(*start_routine) (void *), void *arg);

* execution by invoking `start_routine(arg)`

* 若成功 create thread，其 thread id 會存在 `*thread`。

* thread 會在以下幾種情況下結束：
* 自己呼叫 `pthread_exit()`
* `start_routine(arg)` 呼叫 `return`
* 被 `pthread_cancel()` 中止
* 同 process 內有 thread 呼叫 `exit()`，該 process 所有 thread 都會結束。

* create joinable thread by default
* create detached thread

pthread_t tid;
pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
pthread_create(&tid, &attr, THREAD_FUNCTION, arg);

#### pthread_detach() [@](http://man7.org/linux/man-pages/man3/pthread_detach.3.html)
* create joinable thread and detach it

pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, THREAD_FUNCTION, arg);
pthread_detach(tid);

* 當一個 thread 成為 detached，就無法再變為 joinable，也無法呼叫 `pthread_join()` 。

### pthread_join()
[@](http://man7.org/linux/man-pages/man3/pthread_join.3.html)
> join with a terminated(zombie) thread
> 類似 wait terminated process

int pthread_join(pthread_t tid, void **retval);

* wait 該 `tid` 指定的 thread
* 如果 `retval` 非 NULL，會接到該 thread 的 exit status
* 同 process 底下的任一 thread 可以 join 其他 thread
* `<pthread.h>` 沒有任何函式的行為類似 `waitpid(-1, &status, 0)`
* 也就是 "join with any terminated thread" 是不合理的設計。

### pthread_exit()
[@](http://man7.org/linux/man-pages/man3/pthread_exit.3.html)

> terminate calling thread
> 用 return 也可

void pthread_exit(void *retval);

`*retval` 指向此 thread 的 exit status，此值不能放在這個 thread 的 stack 內，因為 `pthread_exit()` 呼叫之後，此 thread 的 stack 就無法取用了。

* 若 thread 是 joinable
* 用`pthread_exit()` 結束的 thread 並不會 return 回 caller。
* 同 process 內的其他 thread 可以用 `pthread_join()` 來回收已結束的 zombie thread，並可用 `retval` 取得 `pthread_exit()`的 exit status，要注意型別是 `*void`
* `pthread_exit()` 只會關掉 thread，要呼叫 `pthread_join()` 才會釋放 thread 用的資源。

* 若 thread 是 detached
* `pthread_exit()` 會直接釋放資源。

[Ref.](http://blog.csdn.net/scanery/article/details/7241890)
[pthread_exit vs. return](https://stackoverflow.com/questions/3692591/return-versus-pthread-exit-in-pthread-start-functions)

### pthread_self()
[@](http://man7.org/linux/man-pages/man3/pthread_self.3.html)
> obtain id of the calling thread

pthread_t pthread_self(void)

在同 process 生出的 thread，其 id 會是唯一的。
`pthread_t` type should be considered **opaque**.

>POSIX 同意 thread_id 可以以不同方式實作
`pthread_self()` 回傳 `pthread_t`<abbr title="unsigned long"> </abbr>
也可使用 `struct` 實作
因此，若要比較 thread_id，應使用 `pthread_equal()` 而不能用 `==`

>在 linux 中，系統將每個 thread 視為個別的 process。
`gettid()` 是 linux 的 system call，not portable，回傳型別為`pid_t`。
`gettid()` 回傳的數值是 kernel 賦予每個 thread 的 process id，跟 POSIX 實作的 thread id 是不同的。

[Ref.](http://blog.csdn.net/hp_truth/article/details/42424769)

### opaque data type
常用來實作 abstract data type，即資料結構未定義的 data type。
> eg. `struct` in C

對於 user 來說，這個 type 的實作是 invisible，
要操作、修改這種 type，必須要使用能 access 其隱藏資訊的 subroutine。

### example
[@](http://blog.xuite.net/nikoung/wretch/154071878-Pthread+%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E6%92%B0%E5%AF%AB)

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h> //for sleep()
void *show_message( void *ptr ){
     char *message;
     message = (char *) ptr;
     int x = 5;
     for(x = 5 ; x > 0 ; --x){
        printf("%s \n", message);     
        sleep(1);
     }
     pthread_exit((void *)1234);
}

int main(){
   pthread_t thread1;
   char *msg1 = "Thread 1";
   void *ret;

   pthread_create(&thread1, NULL , show_message , (void*) msg1);
   pthread_join( thread1, &ret);
   printf("return value from thread1 = %d\n",ret);
   system("pause");

   return 0;
}

## <semaphore.h>
> semaphore is a long named as `sem_t`
> compile and link with pthread library
> gcc **-l pthread** code.c
> gcc **-pthread** code.c

[參考網站](http://www.syscom.com.tw/ePaper_Content_EPArticledetail.aspx?id=213&EPID=176&j=5&HeaderName=NonStop%E5%B0%88%E6%AC%84)

### [sem_init()](http://man7.org/linux/man-pages/man3/sem_init.3.html)
> initialize an unnamed semaphore

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

* 初始化一個 semaphore 到 `sem` 指到的位址。

* 當 `pshared` 為 0，此 semaphore 只能被該 process 使用。
* semaphore 要放在 global 或 heap 才能被所有 thread 共享。
* 當 `pshared` 非 0，此 semaphore 能被所有 process 共享。
* semaphore 要放在 shared memory 才能被所有 process 共享。

* 若系統不支援 process-shared semaphore 會回傳`ENOSYS`
* `value` 為此信號機初始值。

* 對 named semaphore 重複初始化會造成無法預期的錯誤。

### [sem_destroy()](http://man7.org/linux/man-pages/man3/sem_destroy.3.html)
> destroy an unnamed semaphore

int sem_destroy(sem_t *sem);

* 把 `sem` 指到的信號機 destroy
* 只有被 `sem_init()` 初始化的信號機需要被 `sem_destroy()` 。

### [sem_post()](http://man7.org/linux/man-pages/man3/sem_post.3.html)
> unlock a semaphore
> sem + 1

int sem_post(sem_t *sem);

sem 的 value + 1
信號機的 value > 0，即 unlock，可進入。
`sem_post()` 後 value > 0，會去把被 `sem_wait()` block 住的叫醒。

### [sem_wait()](http://man7.org/linux/man-pages/man3/sem_wait.3.html)
> lock a semaphore
> sem - 1

int sem_wait(sem_t *sem);

//throw error if blocked 
int sem_trywait(sem_t *sem); 

//throw error if timeout
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout); 

sem 的 value - 1
信號機的 value = 0，即 lock，無法進入。
* 若呼叫 `sem_wait()` 後 value > 0，立即 return。
* 若呼叫 `sem_wait()` 後 value = 0，block this function call。

### [sem_getvalue()](http://man7.org/linux/man-pages/man3/sem_getvalue.3.html)
> get the value of a semaphore

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);

把`sem`的值存到 `sval` 指到的地方，呼叫成功回傳 0

## hw7
黑魔法：[posix_fallocate](http://man7.org/linux/man-pages/man3/posix_fallocate.3.html)