操作系统实验报告——进程同步与互斥

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环境下创建一个控制台进程，在该进程中创建n个线程模拟

2、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_NUM10/秒到微秒的乘法因子；#define INTE_PER_SEC 1000/本程

3、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 ThreadInfointserial;/线程序列号charentity; /是P还是Cdoubledelay;/线程延迟intthread_requestMAX_THREAD_NUM; /线程请求队列intn_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_SECTIONPC_CriticalMAX_BUFFER_NUM;int Buffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM

4、; /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；ThreadInfoThread_InfoMAX_THREAD_NUM; /线程信息数组；HANDLEempty_semaphore; /一个信号量；HANDLEh_mutex; /一个互斥量；DWORDn_Thread = 0; /实际的线程的数目；DWORDn_Buffer_or_Critical; /实际的缓冲区或者临界区的数目；HANDLEh_SemaphoreMAX_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

5、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；for(int j=0;jMAX_THREAD_NUM;j+)for(int k=0;kMAX_TH

6、READ_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;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;inF

7、ile Thread_Infon_Thread.delay;char 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;do

8、uble Temp_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

9、_Critical,n_Buffer_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=CreateSemapho

10、re(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);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

11、_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)for(int i=0;in_Thread;i+)for(int j=0;jThread_Infoi.n_request;j+)if(Threa

12、d_Infoi.thread_requestj = req)return TRUE;return FALSE;/找出当前可以进行产品生产的空缓冲区位置；intFindProducePosition()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 FindB

13、ufferPosition(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_semaphore,-1);/互斥访

14、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_CriticalProd

15、ucePos = 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；DWORDwait_for_semaphore,m_delay;intm_serial,m_re

16、questNum; /消费者的序列号和请求的数目；intm_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_request

17、i =-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); elseprintf(Consumer %2d finish consuming product %2dn ,m_serial,m_thread_requesti); /离开临界区 LeaveCriticalSection(&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