操作系统实验报告——进程同步与互斥670.pdf

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1、.进程同步与互斥实验报告 实验序号：01 实验项目名称：进程同步与互斥 学 号 姓 名 专业、班 实验地点 指导教师 时间 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 Windows 2000/XP+Visual C+6.0 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

2、控制台进程，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 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#include.#include#include#include#include/定义一些常量；/本程序允许的最大临界区数；#define MAX_BUFFER_NUM 10/秒到微秒的乘法因子；#def

3、ine 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 ThreadInfo int serial;/线程序列号 char entity;/是 P 还是 C double delay;/线程延迟 int thread_requestMAX_THREAD_NUM;/线程请求队列 int n_request;/请求个数;/全局变量的定义 /临界区对象的声明,用于管理缓冲区的互斥访问；CRITICAL_SECTION PC_CriticalMAX_BUFFE

4、R_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;/线程信息数组；HANDLE empty_semaphore;/一个信号量；HANDLE h_mutex;/一个互斥量；DWORD n_Thread=0;/实际的线程的数目；DWORD n_Buffer_or_Critical;/实际的缓冲区或者临界区的数目；HANDLE h_SemaphoreMAX_THREAD_NUM;

5、/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；DWORD wait_for_all;ifstream inFile;/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；for(int j=0;jMA

6、X_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;inFile Thread_I

7、nfon_Thread.entity;inFile Thread_Infon_Thread.delay;char c;in(c);while(c!=n&!in()inFile 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.serial;char Temp_entity =Thread_Infoj.entity;double Tem

8、p_delay =Thread_Infoj.delay;printf(n thread%2d%c%f ,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);int Temp_request=Thread_Infoj.n_request;for(int k=0;kTemp_request;k+)printf(%d ,Thread_Infoj.thread_requestk);coutendl;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_Buff

9、er_or_Critical,semaphore_for_empty);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;h_Semaphorej+1=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,

10、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);else h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),&(Thread_Infoi),0,NULL);/主程序等待各个线程的动作结束；wait_for_all=WaitForMultiple

11、Objects(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).for(int i=0;in_Thread;i+)for(int j=0;jThread_Infoi.n_request;j+)if(Thread_Infoi.thread_requestj=req

12、)return TRUE;return FALSE;/找出当前可以进行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;return EmptyPosition;/找出当前所需生产者生产的产品的位置；int FindBufferPosition(int ProPos)int TempPos

13、;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_semaphore,-1);/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 =W

14、aitForSingleObject(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%2d begin to produce at position%2d.n,m_serial,ProducePos);Buffer_CriticalProducePos=m_serial;printf(Producer%2d finish

15、producing:n,m_serial);printf(position%2d:%3d n,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；DWORD wait_for_semaphore,m_delay;int m_serial,m_requestNum;/消费者的序列号和请求的数目；int m_thread_requestMAX_TH

16、READ_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(!IfInOtherRequest(m_thread_requesti)Buffer_CriticalB

17、ufferPos=-1;/标记缓冲区为空；printf(Consumer%2d finish consuming%2d:n,m_serial,m_thread_requesti);printf(position%2d:%3d n,BufferPos,Buffer_CriticalBufferPos);ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL);else.printf(Consumer%2d finish consuming product%2dn,m_serial,m_thread_requesti);/离开临界区 LeaveCriticalSection

18、(&PC_CriticalBufferPos);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