实验二1进程同步

1、实验二（2）进程同步、实验目的1、生产者-消费者问题是很经典很具有代表性的进程同步问题，计算机中的 很多同步问题都可抽象为生产者-消费者问题，通过本实验的练习，希望能加深 学生对进程同步问题的认识与理解。2、熟悉VC的使用，培养和提高学生的分析问题、解决问题的能力。二、实验内容及其要求1. 实验内容以生产者/消费者模型为依据，创建一个控制台进程，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。2. 实验要求学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则；设计程序，实现生产者/消费者进程（线程）的同步与互斥;三、实验算法分析 CreateThread功能一一创建一个在调用

2、进程的地址空间中执行的线程 格式HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES IpThreadAttributes,DWORD dwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,LPVOID lpParamiter,DWORD dwCreationFlags,Lpdword lpThread );参数说明lpThreadAttributes 指向一个 LPSECURITY_ATTRIBUTES( 新线程的安全性描述符 )。 dwStackSize定义原始堆栈大小。lpStartAddress 指向使用 L

3、PTHRAED_START_ROUTINE 类型定义的函数。 lpParamiter 定义一个给进程传递参数的指针。dwCreationFlags 定义控制线程创建的附加标志。lpThread 保存线程标志符 (32 位 )(2) CreateMutex功能创建一个命名或匿名的互斥量对象格式HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,BOOL bInitialOwner,LPCTSTR lpName);bInitialOwner 指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马参数说明lpMutexAttributes 必须取值

4、NULL 。上加锁 )。IpName互斥量名称。(3) CreateSemaphore功能创建一个命名或匿名的信号量对象格式HANDLE CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,LONG lInitialCount,LONG lMaximumCount, LPCTSTR lpName );参数说明lpSemaphoreAttributes 必须取值 NULL 。lInitialCount 信号量的初始值。 该值大于 0，但小于 lMaximumCount 指定的最大值。lMaximumCount 信号量的最大值。I

5、pName信号量名称。(4) WaitForSingleObject1)或超过规定的0值功能使程序处于等待状态，直到信号量 hHandIe 出现 (即其值大于等于 等待时间格式DWORD WaitForSingIeObject(HANDLE hHandIe, DWORD dwMiIIiseconds); 参数说明hHandIe 信号量指针。dwMiIIiseconds 等待的最长时间 (INFINITE 为无限等待 )。(5) ReIeaseSemaphore功能对指定信号量加上一个指定大小的量。成功执行则返回非 格式BOOL ReIeaseSemaphore(HANDLE hSemaphor

6、e,LONG IReIeaseCount,LPLONG IppreviousCount );参数说明hSemaphor信号量指针。IReleaseCount信号量的增量。IppreviousCount 保存信号量当前值。(6) ReleaseMutex功能打开互斥锁，即把互斥量加1。成功调用则返回 0格式BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex);参数说明hMutex 互斥量指针。(7) InitializeCriticalSection功能初始化临界区对象 格式VOID InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCri

7、ticalSection);参数说明lpCriticalSection 指向临界区对象的指针。(8) EnterCriticalSection功能等待指定临界区对象的所有权格式VOID enterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);参数说明lpCriticalSection 指向临界区对象的指针。(9) LeaveCriticalSection功能释放指定临界区对象的所有权格式VOID LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);参数说明lpCrit

8、icalSection 指向临界区对象的指针4、 主要算法 创建生产者和消费者线程for(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);

9、/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 %2d begin to produce at position %2d.n,m_serial,ProducePos); Buffer_Criti

10、calProducePos = m_serial;printf(Producer %2d finish 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_se

11、rial,m_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;ith

12、read_requesti =-1;if(!IfInOtherRequest(m_thread_requesti) Buffer_CriticalBufferPos = -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

13、 finish consuming product %2dn ,m_serial,m_thread_requesti); /离开临界区LeaveCriticalSection(&PC_CriticalBufferPos);示例程序源代码：#include#include#include#include#include/定义常量； /此程序允许的最大临界区数；#define MAX_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

14、指定的每一个线程的参数 struct ThreadInfoint serial;char entity;double delay;int thread_requestMAX_THREAD_NUM;int n_request;/全局变量的定义/临界区对象的声明CRITICAL_SECTION,用于管理缓冲区的互斥访问；PC_CriticalMAX_BUFFER_NUM;intBuffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM; /HANDLEh_ThreadMAX_THREAD_NUM;ThreadInfoThread_InfoMAX_THREAD_NUM;HANDLEempty_sem

15、aphore;HANDLEh_mutex;DWORDn_Thread = 0;DWORDn_Buffer_or_Critical;/线程序列号 / 是 P 还是 C /线程延迟 /线程请求队列 /请求个数缓冲区声明，用于存放产品； /用于存储每个线程句柄的数组； /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区的数目； 生产者允许消费者开始消费的信号量；HANDLEh_SemaphoreMAX_THREAD_NUM; /生产消费及辅助函数的声明void void bool int int int Produce(void *p); Consume

16、(void *p); IfInOtherRequest(int); FindProducePositon(); FindBufferPosition(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;jMAX_THREAD_NUM;j+)for(int k=0;kMAX_THREAD_NUM;k+)Thread_Infoj.thread_reque

17、stk = -1;Thread_Infoj.n_request = 0;/初始化临界区；for(i =0;i n_Buffer_or_Critical;inFile.get();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_Infon_Thread.entity;inFile Thread_Infon_Thread.delay;char

18、 c;inFile.get(c);while(c!=n& !inFile.eof()inFile Thread_Infon_Thread.thread_requestThread_Infon_Thread.n_request+; inFile.get(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 Temp_delay= Thread_Infoj.delay;pr

19、intf( 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_Buffer_or_Critical,h_mutexse

20、maphore_for_empty);= 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,lp.c_str();/创建生产者和消

21、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 = WaitForMultipleObjects(n

22、_Thread,h_Thread,TRUE,-1); printf( n nALL Producer and consumer have finished their work. 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) return TRUE;return FALSE;/找出当前可以进行

23、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;for (int i =0 ;iserial;m

24、_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 = WaitForSingleOb

25、ject(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 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，