操作系统实验三 进程同步的经典算法

1、宁德师范学院计算机系实验报告（20142015学年 第二学期）课程名称 操作系统 实验名称 实验三 进程同步的经典算法专 业 计算机科学与技术（非师）年 级 2012级 学号 B2012102147 姓名 王 秋 指导教师 王远帆 实验日期 2015-04-9 实验目的与要求：(1) 回顾系统进程、线程的有关概念，加深对Windows 2000线程的理解。(2)了解互斥体对象，通过对生产者消费者等进程间同步与互斥经典算法的实现，加深对P、V原语以及利用P、V原语进行进程间同步与互斥操作的理解。实验设备（环境）：（1）一台安装有Cygwin Terminal的计算机（2） Windows XP操

2、作系统（3）VC+6.0实验内容：(1)生产者消费者问题(2)读者写者问题根据实验（1）中所熟悉的P、V原语对应的实际Windows API函数，并参考教材中读者、写者问题的算法原理，尝试利用Windows API函数实现第一类读者写者问题（读者优先）。实验步骤、实验结果及分析： (1)生产者消费者问题1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单3-1中的程序，编译成可执行文件。2：在“命令提示符”窗口运行步骤1中生成的可执行文件。运行结果：在命令窗口运行过程图 3-1运行结果图3：仔细阅读源程序，找出创建线程的WINDOWS API函数，回答下列问题：线

3、程的第一个执行函数是什么（从哪里开始执行）？它位于创建线程的API函数的第几个参数中？第一个执行函数是Producer；位于第三个参数中。4：修改清单3-1中的程序，调整生产者线程和消费者线程的个数，使得消费者数目大与生产者，看看结果有何不同。运行结果：3-1修改后结果图从中你可以得出什么结论：5：修改清单3-1中的程序，按程序注释中的说明修改信号量EmptySemaphore的初始化方法，看看结果有何不同。运行结果：6：根据步骤4的结果，并查看MSDN，回答下列问题1） CreateMutex中有几个参数，各代表什么含义。有3个参数 1. LPSECURITY_ATTRIBUTES IpMu

4、texAttributes代表安全属性的指针 2. BOOL bInitialOwner 代表布尔bInitialOwner 3. LPCTSTR IpName 代表LPCTSTR类型IpName2）CreateSemaphore中有几个参数，各代表什么含义，信号量的初值在第几个参数中。有4个参数:1、表示采用不允许继承的默认描述符 2、设置信号机的初始计数 3、设置信号机的最大计数 4、指定信号机对象的名称。3）程序中P、V原语所对应的实际Windows API函数是什么，写出这几条语句。4）CreateMutex能用CreateSemaphore替代吗？尝试修改程序3-1，将信号量Mute

5、x完全用CreateSemaphore及相关函数实现。写出要修改的语句：P:Take() V:Append()4）CreateMutex能用CreateSemaphore替代吗？尝试修改程序3-1，将信号量Mutex完全用CreateSemaphore及相关函数实现。写出要修改的语句：Mutex=CreateSemaphore(NULL,false,false,NULL); (2) 读者写者问题根据实验（1）中所熟悉的P、V原语对应的实际Windows API函数，并参考教材中读者、写者问题的算法原理，尝试利用Windows API函数实现第一类读者写者问题（读者优先）。拷贝清单3-2中的程序

6、，编译成可执行文件，运行截图：读者写者运行结果 程序清单：程序3-1代码：#include #include const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 2; unsigned short ProductID = 0; unsigned short ConsumeID = 0; unsigned short in = 0; unsigned short out = 0; int bufferSIZE_OF_BUFFER; bool p_ccontinue = true; HANDLE Mutex; HANDLE FullSemaphore; HANDLE Emp

7、tySemaphore; DWORD WINAPI Producer(LPVOID); DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); int main() Mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER,SIZE_OF_BUFFER,NULL); FullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER,NULL); const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3;

8、 /生产者的个数 const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; /消费者的个数 /总的线程数 const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT; HANDLE hThreadsTHREADS_COUNT; DWORD producerIDPRODUCERS_COUNT; DWORD consumerIDCONSUMERS_COUNT; /创建生产者线程 for (int i=0;iPRODUCERS_COUNT;+i) hThreadsi=CreateThread(NU

9、LL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi); if (hThreadsi=NULL) return -1; /创建消费者线程 for (i=0;iCONSUMERS_COUNT;+i) hThreadsPRODUCERS_COUNT+i=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerIDi); if (hThreadsi=NULL) return -1; while(p_ccontinue) if(getchar() /按回车后终止程序运行 p_ccontinue = false; return 0;/生产一个产品。void

10、 Produce() std:cout std:endl Producing +ProductID . ; std:cout Succeed std:endl;/把新生产的产品放入缓冲区void Append() std:cerr Appending a product . ; bufferin = ProductID; in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER; std:cerr Succeed std:endl; /输出缓冲区当前的状态 for (int i=0;iSIZE_OF_BUFFER;+i) std:cout i : bufferi; if (i=in) std:co

11、ut - 生产; if (i=out) std:cout - 消费; std:cout std:endl; /从缓冲区中取出一个产品void Take() std:cerr Taking a product . ; ConsumeID = bufferout;bufferout = 0; out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER; std:cerr Succeed std:endl; /输出缓冲区当前的状态 for (int i=0;iSIZE_OF_BUFFER;+i) std:cout i : bufferi; if (i=in) std:cout - 生产; if (i=

12、out) std:cout - 消费; std:cout std:endl; /消耗一个产品void Consume() std:cout Consuming ConsumeID . ; std:cout Succeed std:endl;/生产者DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara) while(p_ccontinue) WaitForSingleObject(EmptySemaphore,INFINITE);/p(empty); WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);/p(mutex); Produce(); Append

13、(); Sleep(1500); ReleaseMutex(Mutex);/V(mutex); ReleaseSemaphore(FullSemaphore,1,NULL);/V(full); return 0;/消费者DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) while(p_ccontinue) WaitForSingleObject(FullSemaphore,INFINITE);/P(full); WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);/P(mutex); Take(); Consume(); Sleep(1500); R

14、eleaseMutex(Mutex);/V(mutex); ReleaseSemaphore(EmptySemaphore,1,NULL);/V(empty); return 0;3-2代码：#include #include #include #include #include #include #define MAX_PERSON 100 /最多100人#define READER 0 /读者#define WRITER 1 /写者#define END -1 /结束#define R READER#define W WRITERtypedef struct _Person HANDLE

15、m_hThread;/定义处理线程的句柄 int m_nType;/进程类型（读写） int m_nStartTime;/开始时间 int m_nWorkTime;/运行时间 int m_nID;/进程号Person;Person g_PersonsMAX_PERSON;int g_NumPerson = 0;long g_CurrentTime= 0;/基本时间片数int g_PersonLists = /进程队列 1, W, 3, 5, 2, W, 16, 5, 3, R, 5, 2, 4, W, 6, 5, 5, R, 4, 3, 6, R, 17,7, END,;int g_NumOf

16、Reading = 0;int g_NumOfWriteRequest = 0;/申请写进程的个数HANDLE g_hReadSemaphore;/读者信号HANDLE g_hWriteSemaphore;/写者信号bool finished = false; /所有的读完成/bool wfinished = false; /所有的写完成void CreatePersonList(int *pPersonList);bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID);bool CreateWriter(int StartTime,int W

17、orkTime,int ID);DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam);DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam);int main() g_hReadSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); /创建信号灯，当前可用的资源数为1，最大为100 g_hWriteSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); /创建信号灯，当前可用的资源数为1，最大为100 CreatePersonList(g_PersonLists); / C

18、reate All the reader and writers printf(Created all the reader and writern.n); g_CurrentTime = 0; while(true) g_CurrentTime+;Sleep(300); / 300 msprintf(CurrentTime = %dn,g_CurrentTime);if(finished) return 0; / return 0;void CreatePersonList(int *pPersonLists) int i=0; int *pList = pPersonLists; bool

19、 Ret; while(pList0 != END) switch(pList1) case R: Ret = CreateReader(pList2,pList3,pList0);/351,w452,523,654 break; case W: Ret = CreateWriter(pList2,pList3,pList0); break;if(!Ret) printf(Create Person %d is wrongn,pList0); pList += 4; / move to next person listDWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam

20、)/读过程 Person *pPerson = (Person*)lpParam; / wait for the start time while(g_CurrentTime != pPerson-m_nStartTime) /读操作还没有到达执行时间，则等待 printf(Reader %d is Requesting .n,pPerson-m_nID); printf(nn*n); / wait for the write request/* while(g_NumOfWriteRequest != 0) /g_NumOfWriteRequest != 0 表示现在正在写，不能读 */该语

21、句在写者优先的时候是认为写者优先级高于读者，在有写者的时候读者需/要等候，而在读者优先的时候，不用判断是否存在写者，有读者时即开始读操/作。 WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE);/等待g_hReadSemaphore读信号,即当g_hReadSemaphore有信号时等待结束 相当于p操作 if(g_NumOfReading =0) WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE); /当第一个读者到了，如果g_hWriteSemaphore信号灯灭了，说明有写者再写，读者必须等待。即互斥写

22、操作 g_NumOfReading+; ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL); /还有读者，但是允许下一个读进程读取，相当于V操作/ modify the readers real start time pPerson-m_nStartTime = g_CurrentTime; printf(Reader %d is Reading the Shared Buffer.n,pPerson-m_nID); printf(nn*n); while(g_CurrentTime m_nStartTime + pPerson-m_nWorkTime) / .

23、 perform read operations printf(Reader %d is Exit.n,pPerson-m_nID); printf(nn*n); WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE); g_NumOfReading-; if(g_NumOfReading = 0) ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);/此时没有读者，可以写 ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL); if(pPerson-m_nID = 4) finished =

24、 true; /所有的读写完成 ExitThread(0); return 0;DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam) Person *pPerson = (Person*)lpParam; / wait for the start time while(g_CurrentTime != pPerson-m_nStartTime) printf(Writer %d is Requesting .n,pPerson-m_nID); printf(nn*n); /g_NumOfWriteRequest+;/在写者优先的时候需要用自加来初始信号值，而在读者优先

25、的时是通过读者操作来控制信号值 WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE); / modify the writers real start time pPerson-m_nStartTime = g_CurrentTime; printf(Writer %d is Writting the Shared Buffer.n,pPerson-m_nID); while(g_CurrentTime m_nStartTime + pPerson-m_nWorkTime) / . perform write operationsprintf(Writ

26、er %d is Exit.n,pPerson-m_nID);printf(nn*n);/g_NumOfWriteRequest-;ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);if(pPerson-m_nID = 4) finished = true;/所有的读写完成ExitThread(0);return 0;bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID) DWORD dwThreadID; if(g_NumPerson = MAX_PERSON) return false; Person *

27、pPerson = &g_Personsg_NumPerson; pPerson-m_nID = ID; pPerson-m_nStartTime = StartTime; pPerson-m_nWorkTime = WorkTime; pPerson-m_nType = READER; g_NumPerson+; / Create an New Thread pPerson-m_hThread= CreateThread(NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID); if(pPerson-m_hThread = NULL) return false; return true;bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID) DWORD dwThreadID; if(g_NumPerson = MAX_PERSON) return false; Person *pPerson = &g_Personsg_NumPerson; pPerson-m_nID =