操作系统第一次实验报告_操作系统临界区问题

1、操作系统临界区问题一、实验目的 本实验讨论临界区问题及其解决方案。实验首先创建两个共享数据资源的并发线程。在没有同步控制机制的情况下，我们将看到某些异常现象。针对观察到的现象，本实验采用两套解决方案： 利用Windows 的mutex 机制 采用软件方案然后比较这两种方案的性能优劣。二、实验步骤1、制造混乱Windows 操作系统支持抢先式调度，这意味着一线程运行一段时间后，操作系统会暂停其运行并启动另一线程。也就是说，进程内的所有线程会以不可预知的步调并发执行。为了制造混乱，我们首先创建两个线程t1 和t2。父线程（主线程）定义两个全局变量，比如accnt1 和accnt2。每个变量表示一个

2、银行账户，其值表示该账户的存款余额，初始值为0。线程模拟在两个账户之间进行转账的交易。也即，每个线程首先读取两个账户的余额，然后产生一个随机数r，在其中一个账户上减去该数，在另一个账户上加上该数。代码如下：#include #include #include int accnt1=0;int accnt2=0;double begin=0;double end=0;double time=0;int a=1;/HANDLE hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);DWORD WINAPI run(LPVOID p) int counter=0;int tmp1,

3、tmp2,r;/WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);begin=GetTickCount();do tmp1=accnt1;tmp2=accnt2;r=rand();accnt1=tmp1+r;accnt2=tmp2-r;counter+; while (accnt1+accnt2=0&counter);end=GetTickCount();time=end-begin;printf(进?程%d所用?时间?为a%lfn,a,time);a+;/ReleaseMutex(hMutex);counter=0;return 0;int main(int argc

4、, char *argv)CreateThread(NULL,0,run,NULL,0,NULL);CreateThread(NULL,0,run,NULL,0,NULL);system(PAUSE);return 0;执行结果如下：从运行结果可以看出，每次进程2都可以全部完成，完成一次计数所需要的时间为62ms，而进城1无法全部完成，所用时间不一定。混乱制造成功。2、解决方案方案一：mutex 方案Windows 操作系统提供了mutex 对象。mutex 状态可以signaled(unlocked) 或者是nonsignaled (locked)。利用mutex 对象，可以方便地实现临界区

5、保护。进入临界区时（在第一个读操作之前），锁住mutex 对象；离开临界区时（在第二个写操作之后），打开mutex 对象。线程的阻塞与唤醒由系统管理，程序员无需干预。以下给出的是在Windows 操作系统下有关mutex 对象操作的提示。创建一个未上锁mutex 对象的代码如下：#include #include #include int accnt1=0;int accnt2=0;double begin=0;double end=0;double time=0;int a=1;HANDLE hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);DWORD WINAPI r

6、un(LPVOID p) int counter=0;int tmp1,tmp2,r;WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);begin=GetTickCount();do tmp1=accnt1;tmp2=accnt2;r=rand();accnt1=tmp1+r;accnt2=tmp2-r;counter+; while (accnt1+accnt2=0&counter);end=GetTickCount();time=end-begin;printf(进?程%d所用?时间?为a%lfn,a,time);a+;ReleaseMutex(hMutex);co

7、unter=0;return 0;int main(int argc, char *argv)CreateThread(NULL,0,run,NULL,0,NULL);CreateThread(NULL,0,run,NULL,0,NULL);system(PAUSE);return 0;运行结果如下：从运行结果可以看出，利用mutex 方案并测定进城运行时间可以看出，两个进程运行时间大体相同，进程运行完全，从而可以认为mutex方案有效的防止了两个进程的相互交叉和阻碍。方案二：软件方案 现在假设操作系统没有提供同步原语。这时，我们只能通过编程语言对变量的操作实现临界区保护。下面给出的是一个概念

8、性的解决方案框架：1 /_ CS Algorithm: Peterson Solution _/2 int c1 = 0, c2 = 0, will wait ;3 cobegin4 p1: while (1) 5 c1 = 1;6 will wait = 1;7 while( c2 & (will wait=1) ); /_wait loop_/8 CS1;9 c1 = 0;10 program1;11 12 p2: while (1) 13 c2 = 1;14 will wait = 2;15 while( c1 & (will wait=2) ); /_wait loop_/16 CS2

9、;17 c2 = 0;18 program2;19 上面的方案使用了三个变量c1; c2 和will wait。线程i 试图进入临界区时首先把变量ci 置为1，接着把变量will wait 的值设置为i（为什么？）阻塞通过临界区之前的循环实现。当线程退出临界区时，又把变量ci 的值设置为0。代码如下：#include #include #include int accnt1=0,accnt2=0;DWORD WINAPI run1(LPVOID p) int counter=0;int tmp1=0,tmp2=0,r;double begin=0,end=0,time=0;begin=GetT

10、ickCount();do tmp1=accnt1;tmp2=accnt2;r=rand();accnt1=tmp1+r;accnt2=tmp2-r;counter+; while (accnt1+accnt2=0&counter);end=GetTickCount();time=end-begin;printf(进?程1所用?时间?为a%lf,time);counter=0;return 0;DWORD WINAPI run2(LPVOID p) int counter=0;int tmp1=0,tmp2=0,r;double begin=0,end=0,time=0;begin=GetTi

11、ckCount();do tmp1=accnt1;tmp2=accnt2;r=rand();accnt1=tmp1+r;accnt2=tmp2-r;counter+; while (accnt1+accnt2=0&counter);end=GetTickCount();time=end-begin;printf(进?程2所用?时间?为a%lf,time);counter=0;return 0;int main(int argc, char *argv)bool c1=false,c2=false;int will_wait;while(1)c1=true;will_wait=1;while(c1&(will_wait=1)CreateThread(NULL,0,run1,NULL,0,NULL);break;c1 = 0;break;while(1)c2=true;will_wait=2;while(c2&(will_wait=2)CreateT