操作系统实验报告进程同步与互斥Word文档格式.docx
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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<
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；
%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;
Thread_Info[n_Thread].entity;
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++];
}
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;
printf（"
\nthread%2d%c%f"
Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay）;
intTemp_request=Thread_Info[j].n_request;
Temp_request;
printf（"
%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；
（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；
（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）,
&
//主程序等待各个线程的动作完毕；
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;
for（intj=0;
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;
for（inti=0;
n_Buffer_or_Critical;
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;
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；
//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:
\n"
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）
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;
for（inti=0;
m_requestNum;
m_thread_request[i]=（（ThreadInfo*）（p））->
thread_request[i];
//循环进行所需产品的消费
i++）{
//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-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"
（（ThreadInfo*）（p））->
thread_request[i]=-1;
if（!
IfInOtherRequest（m_thread_request[i]））{
Buffer_Critical[BufferPos]=-1;
//标记缓冲区为空；
Consumer%2dfinishconsuming%2d:
BufferPos,Buffer_Critical[BufferPos]）;
ReleaseSemaphore（empty_semaphore,1,NULL）;
}
else{
printf（"
Consumer%2dfinishconsumingproduct%2d\n"
//离开临界区
LeaveCriticalSection（&
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.
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