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1、实验 1 编程实现进程（线程）同步和互斥一、实验目的 通过编写程序实现进程同步和互斥，使学生掌握有关进程 （线程）同步与互斥的原理，以及解决进程（线程）同步和互斥的算法，从而进一步巩固进程（线程）同步和互斥 等有关的内容。 了解 Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。 学习使用 Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的 API 函数。 掌握进程和线程的概念，进程（线程）的控制原语或系统调用的使用。 掌握多道程序设计的基本理论、 方法和技术， 培养学生多道程序设计的能力。二、实验内容在 Windows XP 、Windows 2000 等操作系统
2、下，使用的VC 、VB 、java 或 C等编程语言， 采用进程（线程）同步和互斥的技术编写程序实现生产者消费者问题或哲学家进餐问题或读者- 写者问题或自己设计一个简单进程（线程）同步和互斥的实际问题。三、实验要求 经调试后程序能够正常运行。 采用多进程或多线程方式运行，体现了进程（线程）同步和互斥的关系。 程序界面美观。四、实验步骤、过程让写者与读者、读者与读者之间互斥的访问同一数据集，在无写者进程到来时各读者可同时的访问数据集，在读者和写者同时等待时写者优先唤醒。设置两个全局变量 readcount 和 writecount 来记录读者与写者的数目，设置了3 个信号量。h_mutex1 表
3、示互斥对象对阻塞在read这一个过程实现互斥， h_mutex2实现全局变量 readcount操作上的互斥， h_mutex3实现对全局变量writecount 的互斥访问。设置了两个临界区，为了实现写者优先，用了临界区read。数据结构：（1）用了两个临界区（ 2）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）设置了互斥量 h_mutex1，实现了互斥对象对阻名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8
4、 页 - - - - - - - - - 塞 read这一过程， h_mutex2 实现对 readcount操作的互斥， h_mutex3 实现对writecount 的互斥访问。流程：（1）主函数（2）临界区初始化（3）提取线程相关信息（4）完成线程相关信号量的初始化（5）创建读者与写者线程（6）等待所有线程结束（7）程序结束（8）读者（9）提取本线程信息（10）等待，提出读请求（11）进入临界区（12）进行读操作，并判读是否读完（15）退出临界区，读操作完成（16）如果 readcount=0，则唤醒写者（17）写者（18）提取本线程信息名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
5、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - （19）等待，发出写请求（20）进入临界区（21）进行写操作，并判断是否写完（22）退出临界区，写操作完成（23）如果 writecount=0，则唤醒读者代码：#include #include #include #include #include #define INTE_PER_SEC 1000/每秒时钟中断的数目#define MAX_THREAD_NUM 64/最大线程数int readcount=0;/读者数目int
6、writecount=0;/写者数目CRITICAL_SECTION cs_write; CRITICAL_SECTION cs_read; void Writer(void *p); void Reader(void *p); / 定义记录在测试文件中的线程参数数据结构struct ThreadInfo int serial; char entity; double delay; double persist; ; / 全局变量定义/ 临界区对象的声明，用于管理缓冲区的互斥访问int m; HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM; / 存储线程句柄的数组ThreadInf
7、o Thread_InfoMAX_THREAD_NUM; /线程信息数组HANDLE h_mutex1; /互斥对象对阻塞在read 这一个过程实现互斥HANDLE h_mutex2; /全局变量 readcount 实现操作上的互斥DWORD n_Thread=0; /实际线程数目HANDLE h_mutex3; /对全局变量writecount的互斥访问int main(void) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - -
8、 - DWORD wait_for_all; FILE *inFile; /ifstream inFile; int i,j; InitializeCriticalSection(&cs_write); /初始化临界区InitializeCriticalSection(&cs_read); / 打开输入文件，提取线程信息inFile=fopen(test.txt,r); fscanf(inFile, %d,&m); / 提取各线程信息到相应的数据结构中while(!feof(inFile) fscanf(inFile,%d,&Thread_Infon_Thread.serial); fscan
9、f(inFile,t%c,&Thread_Infon_Thread.entity); fscanf(inFile,%lf,&Thread_Infon_Thread.delay); fscanf(inFile,%lf,&Thread_Infon_Thread.persist); 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; double Temp_delay=Thread_Info
10、j.delay; double Temp_persist=Thread_Infoj.persist; printf( n thread%2d %c %lf %lf,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay,Temp_persist);printf(n); printf(nn); / 创建模拟过程中必要的信号量 h_mutex1=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_readcount); h_mutex2=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_readwait); h_mutex3=CreateMutex(NU
11、LL,FALSE,mutex_for_writecount); / 创建读者和写者线程for(i=0;iserial; m_delay=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay *INTE_PER_SEC); m_persist=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-persist *INTE_PER_SEC); Sleep(m_delay); printf(Reader thread %d sends readering require.n,m_serial); wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_mutex1,-1)
12、; EnterCriticalSection(&cs_read); wait_for_mutex=WaitForSingleObject(h_mutex2,-1); readcount+; if(readcount=1) / 如果是第 1 个读者 , 等待写者写完 EnterCriticalSection(&cs_write); ReleaseMutex(h_mutex2);/ 释放互斥信号 Mutex2 /让其他读者进去临界区 LeaveCriticalSection(&cs_read); ReleaseMutex(h_mutex1); /读文件 printf(Reader thread %
13、d begins to read file.n,m_serial); Sleep(m_persist); /退出线程 printf(Reader thread %d finished reading file.n,m_serial); /阻塞互斥对象Mutex2, 保证对 readcount 的访问 , 修改互斥 wait_for_mutex=WaitForSingleObject(h_mutex2,-1); readcount-; if(readcount=0) /最后一个读者 , 唤醒写者 LeaveCriticalSection(&cs_write); 名师资料总结 - - -精品资料欢
14、迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - ReleaseMutex(h_mutex2); /释放互斥信号 / 写者线程void Writer(void *p) DWORD wait_for_mutex3; /互斥变量 DWORD m_delay; /延迟时间 DWORD m_persist; /读文件持续时间 int m_serial; /线程序号 /从参数中获得信息 m_serial=(ThreadInfo*)(p)-serial; m_delay=(D
15、WORD)(ThreadInfo*)(p)-delay *INTE_PER_SEC); m_persist=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-persist *INTE_PER_SEC); Sleep(m_delay); /延迟等待 printf(Writer thread %d sents the writing require.n,m_serial); wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_mutex3,-1); writecount+; /修改写者数目 if(writecount=1) EnterCriticalSection(&cs_
16、read); ReleaseMutex(h_mutex3); EnterCriticalSection(&cs_write); printf(Writer thread %d begins to write to the file.n,m_serial); Sleep(m_persist); printf(Writer thread %d finished writing to the file.n,m_serial); LeaveCriticalSection(&cs_write); wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_mutex3,-1); writ
17、ecount-; if(writecount=0) LeaveCriticalSection(&cs_read); ReleaseMutex(h_mutex3); 五、实验结果或总结1、测试文件 1 R 2 3 2 R 3 5 3 W 1 1 4 R 10 5 5 R 12 4 6 W 9 8 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 7 R 13 6 8 W 12 5 9 R 20 10 10 W 21 20 2、测试结
18、果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 3、测试结果分析由测试结果可知，线程3 最早发出操作请求，并执行，开始执行后线程1 发出读请求， 3 完成操作， 1 开始读操作， 2 发出读请求， 2 开始读操作， 1、2 完成读操作，实现了读者同步，6 发出写请求， 6 开始写操作， 4、5 发出读请求，8 发出写请求， 7 发出读请求，形成2 个等待队列，一个是读这等待队列有线程4、5、7，一个是写者等待队列8，当 6 完成操作时，优先唤醒写者线程8，实现了写者优先， 写者写完了再唤醒读者等待队列，实现了多个读者同步。 在 8 开始执行写操作后， 10 发出写请求，当 8 写完了才开始执行10 的写操作，实现了写写互斥，一次只能有一个写者在写。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -