进程同步与互斥Word格式.docx
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进程同步与互斥Word格式.docx
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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
HANDLECreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,
BOOLbInitialOwner,
LPCTSTRlpName);
lpMutexAttributes——必须取值NULL。
bInitialOwner——指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马上加锁)。
lpName——互斥量名称。
(3)CreateSemaphore
●功能——创建一个命名或匿名的信号量对象
HANDLECreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,
LONGlInitialCount,
LONGlMaximumCount,
LPCTSTRlpName);
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。
lpName——信号量名称。
(4)WaitForSingleObject
●功能——使程序处于等待状态,直到信号量hHandle出现(即其值大于等于1)或超过规定的等待时间
DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds);
hHandle——信号量指针。
dwMilliseconds——等待的最长时间(INFINITE为无限等待)。
(5)ReleaseSemaphore
●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0值
BOOLReleaseSemaphore(HANDLEhSemaphore,
LONGlReleaseCount,
LPLONGlppreviousCount);
hSemaphore——信号量指针。
lReleaseCount——信号量的增量。
lppreviousCount——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
BOOLReleaseMutex(HANDLEhMutex);
hMutex——互斥量指针。
(7)InitializeCriticalSection
●功能——初始化临界区对象
VOIDInitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);
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
VOIDenterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);
(9)LeaveCriticalSection
●功能——释放指定临界区对象的所有权
VOIDLeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);
四、实验示例(方法、步骤与例程)
1.测试用例文件
测试用例文件用于描述各线程的有关信息,该文件内容及格式如下:
3
1P3
2P4
3C41
4P2
5C3124
说明:
第一行给出的是程序中设置的临界区个数;
其余各行是各进程信息。
每行中的数据之间用Tab键分隔。
第一列(除第一行外):
线程号。
第二列:
P——生产者,C——消费者。
第三列:
线程在生产和消费前的休眠时间,单位为秒。
第四及以后各列:
消费的产品所对应的生产者线程号。
2.数据结构
(1)用整型数组Buffer_Critical表示缓冲区。
(2)用自定义结构ThreadInfo记录一条线程信息,多个线程对应一个ThreadInfo数组。
(3)通过如下同步对象实现互斥:
●设一个互斥量h-mutex,实现生产者在查询和保留缓冲区的下一个空位置时进行互斥。
●设置h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]信号量数组表示相应产品已经生产,实现生产者与消费者之间的同步。
同时,用表示空缓冲区树木的信号量empty_semephore指示是否存在空位置,实现类似的同步,以便开始下一个产品的生产。
●设置临界区对象数组PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM]实现每个缓冲区上消费者之间的互斥。
3.程序结构
为了方便,程序结构用如下的文字予以描述。
(1)主函数
(2)初始化缓冲区、消费请求队列及部分同步对象
(3)提取线程信息
(4)完成线程相关同步对象的初始化
(5)创建线程,模拟生产者和消费者
(6)等待所有线程结束
(7)程序结束
(8)消费者
(9)有无消费请求?
有,则继续(10);
无,则转(16)
(10)此请求可满足?
可满足,转(11);
否,则阻塞,再转(10)
(11)确定产品位置
(12)此产品正被消费?
是,则阻塞,再转(12);
否,则转(13)
(13)进入临界区(请求同一产品的消费者之间互斥)
(14)消费产品,并判断是否应该释放产品所占缓冲区
(15)退出临界区,转(9)
(16)结束消费者线程
(17)生产者
(18)存在空缓冲区?
有,则继续(19);
无,则阻塞,再转(18)
(19)另一生产者在写?
否,则转(20);
是,则阻塞,再转(19)
(20)进入临界区(请求同一产品的生产者之间互斥)
(21)在缓冲区中为本线程产品分配空间
(22)退出临界区
(23)写入产品到分配的缓冲区空间中
(24)结束生产者线程
五、参考程序如下:
#include<
windows.h>
fstream.h>
stdio.h>
string>
conio.h>
//定义一些常量
//本程序允许的最大临界区数
#defineMAX_BUFFER_NUM10
//秒到微秒的乘法因子
#defineINTE_PER_SEC1000
//本程序允许的生产和消费线程的总数
#defineMAX_THREAD_NUM64
//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
structThreadInfo
{
intserial;
//线程序列号
charentity;
//是P还是C
doubledelay;
//线程延迟
intthread_request[MAX_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_Critical[MAX_BUFFER_NUM];
intBuffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM];
//缓冲区声明,用于存放产品
HANDLEh_Thread[MAX_THREAD_NUM];
//用于存储每个线程句柄的数组
ThreadInfoThread_Info[MAX_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_Semaphore[MAX_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
voidProduce(void*p);
voidConsume(void*p);
boolIfInOtherRequest(int);
intFindProducePosition();
intFindBufferPosition(int);
intmain(void)
//声明所需变量
DWORDwait_for_all;
ifstreaminFile;
//初始化缓冲区
for(inti=0;
i<
MAX_BUFFER_NUM;
i++)
Buffer_Critical[i]=-1;
//初始化每个线程的请求队列
for(intj=0;
j<
MAX_THREAD_NUM;
j++){
for(intk=0;
k<
k++)
Thread_Info[j].thread_request[k]=-1;
Thread_Info[j].n_request=0;
}
//初始化临界段对象
for(i=0;
InitializeCriticalSection(&
PC_Critical[i]);
//打开输入文件,按照规定的格式提取线程等信息
inFile.open("
test.txt"
);
//从文件中获得实际的缓冲区的数目
inFile>
>
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
%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){
Thread_Info[n_Thread].serial;
Thread_Info[n_Thread].entity;
Thread_Info[n_Thread].delay;
charc;
inFile.get(c);
while(c!
='
\n'
&
!
inFile.eof()){
Thread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_Thread].n_request++];
n_Thread++;
//回显获得的线程信息,便于确认正确性
for(j=0;
(int)n_Thread;
intTemp_serial=Thread_Info[j].serial;
charTemp_entity=Thread_Info[j].entity;
doubleTemp_delay=Thread_Info[j].delay;
\nthread%2d%c%f"
Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);
intTemp_request=Thread_Info[j].n_request;
for(intk=0;
Temp_request;
%d"
Thread_Info[j].thread_request[k]);
cout<
<
endl;
\n\n"
//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,"
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
std:
:
stringlp="
semaphore_for_produce_"
;
inttemp=j;
while(temp){
charc=(char)(temp%10);
lp+=c;
temp/=10;
h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str());
//创建生产者和消费者线程
i++){
if(Thread_Info[i].entity=='
P'
)
h_Thread[i]=CreatThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),
(Thread_Info[i]),0,NULL)
else
h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),
//主程序等待各个线程的动作结束
wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);
\n\nALLProducerandconsumerhavefinishedtheirwork.\n"
Pressanykeytoquit!
_getch();
return0;
//确认是否还有对同一产品的消费请求未执行
boolIfInOtherRequest(intreq)
n_Thread;
Thread_Info[i].n_request;
j++)
if(Thread_Info[i].thread_request[j]==req)
returnTRUE;
returnFALSE;
//找出当前可以进行产品生产的空缓冲区位置
intFindProducePosition()
intEmptyPosition;
if(Buffer_Critical[i]==-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_Critical[i]=-2;
break;
returnEmptyPosition;
//找出当前所需生产者生产的产品的位置
intFindBufferPosition(intProPos)
intTempPos;
if(Buffer_Critical[i]==ProPos){
TempPos=i;
returnTempPos;
//生产者进程
voidProduce(void*p)
//局部变量声明
DWORDwait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;
intm_serial;
//获得本线程的信息
m_serial=((ThreadInfo*)(p))->
serial;
m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->
delay*INTE_PER_SEC);
Sleep(m_delay);
//开始请求生产
Producer%2dsendstheproducerequire.\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=WaitForSingleObject(h_mutex,-1);
intProducePos=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
//在核心生产步骤中,程序将生产者的ID作为产品编号放入,方便消费者识别
Producer%2dbegintoproduceatposition%2d.\n"
m_serial,
ProducePos);
Buffer_Critical[ProducePos]=m_serial;
Producer%2dfinishproducing:
position[%2d]:
%3d\n"
ProducePos,Buffer_Critical[Produce-
Pos]);
//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_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL);
//消费者进程
voidConsume(void*p)
DWORDwait_for_semaphore,m_delay;
intm_serial,m_requestNum;
//消费者的序列号和请求的数目
intm_thread_request[MAX_THREAD_NUM];
//本消费线程的请求队列
//提取本线程的信息到本地
m_requestNum=((ThreadInfo*)(p))->
n_request;
m_requestNum;
m_thread_request[i]=((ThreadInfo*)(p))->
thread_request[i];
//循环进行所需产品的消费
//请求消费下一个产品
Consumer%2drequesttoconsume%2dproduct\n"
m_serial,m_
thread_request[i]);
//如果对应生产者没有生产,则等待;
//如果生产了,允许的消费者数目为-1;
实现了读写同步
wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_Semaphore[m_thread_request[i]],-1;
//查询所需产品放到缓冲区的号
intBufferPos=FindBufferPosition(m_thread_request[i]);
//开始进行具体缓冲区的消费处理,读和读在该缓冲区上仍然是互斥的
//进入临界区后执行消费动作;
并在完成此次请求后,通知另外的消费者本处请求已经满足;
//同时如果对应的产品使用完毕,就做相应处理;
并给出相应动作的界面提示;
//该相应处理指将相应缓冲区清空,并增加代表空缓冲区的信号量
EnterCriticalSection(&
PC_Critical[BufferPos]);
Consumer%2dbegintoconsume%2dproduct\n"
m_serial,m_thread_
request[i]);
((ThreadInfo*)(p))->
thread_request[i]=-1;
if(!
IfInOtherRequest(m_thread_request[i])){
Buffer_Critical[BufferPos]=-1
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- 进程 同步