操作系统实验报告——进程同步与互斥.pdf

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1、.进程同步与互斥实验报告实验报告实验序号：01实验项目名称：进程同步与互斥学号实验地点一、实验目的一、实验目的1、掌握基本的进程同步与互斥算法，理解生产者-消费者问题。2、学习使用 Windows 2000/XP 中基本的同步对象，掌握相关 API 的使用方法。3、了解 Windows 2000/XP 中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。4、设计程序，实现生产者-消费者进程(线程)的同步与互斥；二、实验环境二、实验环境Windows 2000/XP+Visual C+6.0三、实验内容三、实验内容以生产者-消费者模型为依据，在 Windows 2000/XP 环境下创建一个控制台进程

2、，在该进程中创建 n 个线程模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。四、设计思路和流程框图四、设计思路和流程框图生产者进程的功能：生产东西，供消费者消费；消费者进程的功能：消费生产者生产的东西。生产者生产产品并存入缓冲区供消费者取走使用，消费者从缓冲器内取出产品去消费。在生产者和消费者同时工作时，必须禁止生产者将产品放入已装满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内取产品。五、源程序（含注释）清单五、源程序（含注释）清单#include.姓名指导教师专业、班时间.#include#include#include#include/定义一些常量；/本程序允许的最大临界区数；#define MA

3、X_BUFFER_NUM10/秒到微秒的乘法因子；#define INTE_PER_SEC 1000/本程序允许的生产和消费线程的总数；#define MAX_THREAD_NUM 64/定义一个结构，记录在测试文件中指定的每一个线程的参数struct ThreadInfoint serial;char/线程序列号 /是 P 还是 Centity;double delay;/线程延迟/线程请求队列int thread_requestMAX_THREAD_NUM;int n_request;/全局变量的定义/请求个数/临界区对象的声明,用于管理缓冲区的互斥访问；CRITICAL_SECTIONP

4、C_CriticalMAX_BUFFER_NUM;int Buffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM;/缓冲区声明，用于存放产品；HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM;/用于存储每个线程句柄的数组；.ThreadInfo Thread_InfoMAX_THREAD_NUM;HANDLE empty_semaphore;HANDLE h_mutex;DWORDDWORD/线程信息数组；/一个信号量；/一个互斥量；/实际的线程的数目；/实际的缓冲区或者临界n_Thread=0;n_Buffer_or_Critical;区的数目；HANDLE h_Semapho

5、reMAX_THREAD_NUM;/生产者允许消费者开始消费的信号量；/生产消费及辅助函数的声明void Produce(void*p);void Consume(void*p);bool IfInOtherRequest(int);int FindProducePositon();int FindBufferPosition(int);int main(void)/声明所需变量；DWORDwait_for_all;ifstreaminFile;/初始化缓冲区；for(int i=0;i MAX_BUFFER_NUM;i+)Buffer_Criticali=-1;/初始化每个线程的请求队列；f

6、or(int j=0;jMAX_THREAD_NUM;j+).for(int k=0;kMAX_THREAD_NUM;k+)Thread_Infoj.thread_requestk=-1;.Thread_Infoj.n_request=0;/初始化临界区；for(i=0;i n_Buffer_or_Critical;in();printf(输入文件是:n);/回显获得的缓冲区的数目信息；printf(%d n,(int)n_Buffer_or_Critical);/提取每个线程的信息到相应数据结构中；while(inFile)inFile Thread_Infon_Thread.serial;

7、inFile Thread_Infon_Thread.entity;inFile Thread_Infon_Thread.delay;char c;in(c);while(c!=n&!in()inFileInitializeCriticalSection(&PC_Criticali);Thread_Infon_Thread.thread_requestThread_Infon_Thread.n_request+;in(c);n_Thread+;./回显获得的线程信息，便于确认正确性；for(j=0;j(int)n_Thread;j+)int Temp_serial =Thread_Infoj.

8、serial;char Temp_entity =Thread_Infoj.entity;double Temp_delay =Thread_Infoj.delay;printf(nthread%2d%c%f,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);printf(nn);/创建在模拟过程中几个必要的信号量empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,semaphore_for_empty);int Temp_request=Thread_Infoj.n

9、_request;for(int k=0;kTemp_request;k+)printf(%d ,Thread_Infoj.thread_requestk);coutendl;h_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_update);/下面这个循环用线程的 ID 号来为相应生产线程的产品读写时所/使用的同步信号量命名；for(j=0;j(int)n_Thread;j+).std:string lp=semaphore_for_produce_;int temp=j;while(temp)char c=(char)(temp%10);lp+=c;.temp

10、/=10;h_Semaphorej+1=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str();/创建生产者和消费者线程；for(i=0;i(int)n_Thread;i+)if(Thread_Infoi.entity=P)h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),&(Thread_Infoi),0,NULL);elseh_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),/主程序等待各个线程的动作结束；w

11、ait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);printf(n nALL Producer and consumer have finished their work.n);printf(Press any key to quit!n);_getch();return 0;/确认是否还有对同一产品的消费请求未执行；bool IfInOtherRequest(int req).&(Thread_Infoi),0,NULL);.for(int i=0;in_Thread;i+)return FALSE;/找出当前可以进行

12、产品生产的空缓冲区位置；int FindProducePosition()int EmptyPosition;for(int i=0;in_Buffer_or_Critical;i+)if(Buffer_Criticali=-1)EmptyPosition=i;/用下面这个特殊值表示本缓冲区正处于被写状态；Buffer_Criticali=-2;break;for(int j=0;jThread_Infoi.n_request;j+)if(Thread_Infoi.thread_requestj=req)return TRUE;return EmptyPosition;/找出当前所需生产者生产

13、的产品的位置；int FindBufferPosition(int ProPos)int TempPos;for(int i=0;iserial;m_delay =(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay*INTE_PER_SEC);Sleep(m_delay);/开始请求生产printf(Producer%2d sends the produce require.n,m_serial);/确认有空缓冲区可供生产，同时将空位置数 empty 减 1；用于生产者和消费者的同步；wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(empty_semaph

14、ore,-1);m_serial;/互斥访问下一个可用于生产的空临界区，实现写写互斥；wait_for_mutex =WaitForSingleObject(h_mutex,-1);int ProducePos=FindProducePosition();.ReleaseMutex(h_mutex);./生产者在获得自己的空位置并做上标记后，以下的写操作在生产者之间可以并发；/核心生产步骤中，程序将生产者的 ID 作为产品编号放入，方便消费者识别;printf(Producer%2dbegintoproduceatposition%2d.n,m_serial,ProducePos);Buffe

15、r_CriticalProducePos=m_serial;printf(Producer%2d finish producing:n,m_serial);printf(position%2d:%3dn,ProducePos,Buffer_CriticalProducePos);/使生产者写的缓冲区可以被多个消费者使用，实现读写同步；ReleaseSemaphore(h_Semaphorem_serial,n_Thread,NULL);/消费者进程void Consume(void*p)/局部变量声明；DWORDwait_for_semaphore,m_delay;int m_serial,m

16、_requestNum;/消费者的序列号和请求的数目；int m_thread_requestMAX_THREAD_NUM;/本消费线程的请求队列；/提取本线程的信息到本地；m_serial=(ThreadInfo*)(p)-serial;m_delay =(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay*INTE_PER_SEC);m_requestNum=(ThreadInfo*)(p)-n_request;for(int i=0;ithread_requesti;Sleep(m_delay);/循环进行所需产品的消费for(i=0;ithread_requesti=-1;if(

17、!IfInOtherRequest(m_thread_requesti)Buffer_CriticalBufferPos=-1;/标记缓冲区为空；printf(Consumer%2dfinishconsuming%2d:n,m_serial,m_thread_requesti);printf(position%2d:%3dn,BufferPos,Buffer_CriticalBufferPos);ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL);else.printf(Consumer%2dfinishconsumingproduct%2dn,m_serial,

18、m_thread_requesti);/离开临界区 LeaveCriticalSection(&PC_CriticalBufferPos);六、测试结果以及实验总结六、测试结果以及实验总结1、通过实验进一步了解了基本的进程同步与互斥算法，理解生产者-消费者问题2、掌握了相关 API 的使用方法。3、了解到进程是一个可以拥有资源的基本单位，是一个可以独立调度和分派的基本单位。而线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分配的基本单位，故又称为轻权（轻型）进程(Light Weight Process)。4、了解到同步对象是指 Windows 中用于实现同步与互斥的实体，包括信号量.(Semaphore)、互斥量(Mutex)、临界区(Critical Section)和事件(Events)等。本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。成绩备注：实验报告文档的名称：姓名_实验编号（例如：张三_1、张三_2）；实验报告发送到：m.