操作系统实验报告进程同步与互斥.docx
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操作系统实验报告进程同步与互斥.docx
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操作系统实验报告进程同步与互斥
《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Windows2000/XP中基本的同步对象,掌握相关API的使用方法。
3、了解Windows2000/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
Windows2000/XP+VisualC++6.0
三、实验容
以生产者-消费者模型为依据,在Windows2000/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,禁止消费者从空缓冲器取产品。
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;
#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;
//生产消费与辅助函数的声明
voidProduce(void*p);
voidConsume(void*p);
boolIfInOtherRequest(int);
intFindProducePositon();
intFindBufferPosition(int);
intmain(void)
{
//声明所需变量;
DWORDwait_for_all;
ifstreaminFile;
//初始化缓冲区;
for(inti=0;i Buffer_Critical[i]=-1; //初始化每个线程的请求队列; for(intj=0;j for(intk=0;k Thread_Info[j].thread_request[k]=-1; Thread_Info[j].n_request=0; } //初始化临界区; for(i=0;i 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; 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_Info[n_Thread].serial; inFile>>Thread_Info[n_Thread].entity; inFile>>Thread_Info[n_Thread].delay; charc; inFile.get(c); while(c! ='\n'&&! inFile.eof()){ inFile>>Thread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_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++){ intTemp_serial=Thread_Info[j].serial; charTemp_entity=Thread_Info[j].entity; doubleTemp_delay=Thread_Info[j].delay; printf("\nthread%2d%c%f",Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay); intTemp_request=Thread_Info[j].n_request; for(intk=0;k printf("%d",Thread_Info[j].thread_request[k]); cout< } printf("\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; for(j=0;j<(int)n_Thread;j++){ 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; for(i=0;i<(int)n_Thread;i++){ if(Thread_Info[i].entity=='P') h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce), &(Thread_Info[i]),0,NULL); else h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume), &(Thread_Info[i]),0,NULL); } //主程序等待各个线程的动作完毕; wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1); printf("\n\nALLProducerandconsumerhavefinishedtheirwork.\n"); printf("Pressanykeytoquit! \n"); _getch(); return0; } //确认是否还有对同一产品的消费请求未执行; boolIfInOtherRequest(intreq) { for(inti=0;i for(intj=0;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; for(inti=0;i 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; for(inti=0;i if(Buffer_Critical[i]==ProPos){ TempPos=i; break; } 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 printf("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; //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%2dbegintoproduceatposition%2d.\n",m_serial,ProducePos); Buffer_Critical[ProducePos]=m_serial; printf("Producer%2dfinishproducing: \n",m_serial); printf("position[%2d]: %3d\n",ProducePos,Buffer_Critical[ProducePos]); //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) { //局部变量声明; 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_serial=((ThreadInfo*)(p))->serial; m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay*INTE_PER_SEC); m_requestNum=((ThreadInfo*)(p))->n_request; for(inti=0;i m_thread_request[i]=((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i]; Sleep(m_delay); //循环进行所需产品的消费 for(i=0;i //请求消费下一个产品 printf("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-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]); printf("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;//标记缓冲区为空; printf("Consumer%2dfinishconsuming%2d: \n",m_serial,m_thread_request[i]); printf("position[%2d]: %3d\n",BufferPos,Buffer_Critical[BufferPos]); ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL); } else{ printf("Consumer%2dfinishconsumingproduct%2d\n",m_serial,m_thread_request[i]); } //离开临界区 LeaveCriticalSection(&PC_Critical[BufferPos]); } } 六、测试结果以与实验总结 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、了解到进程是一个可以拥有资源的基本单位,是一个可以独立调度和分派的基本单位。 而线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分配的基本单位,故又称为轻权(轻型)进程(LightWeightProcess)。 4、了解到同步对象是指Windows中用于实现同步与互斥的实体,包括信号量(Semaphore)、互斥量(Mutex)、临界区(CriticalSection)和事件(Events)等。 本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。 成绩 备注: 实验报告文档的名称: _实验编号(例如: 三_1、三_2); 实验报告发送到: os365163.
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 操作系统 实验 报告 进程 同步