进程(线程)同步和互斥实验报告

1、进程(线程)同步和互斥实验报告 操 作 系 统 实 验 报 告 课程名称 操作系统 实验名称 进程（线程）的同步与互斥 成绩 学生姓名 作业君 专业 软件工程 班级、学号 同组者姓名 无 实验日期 2021 一、实验题目: : 进程（线程）的同步与互斥 二、实验目的 ： 自行编制模拟程序，通过形象化的状态显示，加深理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的 pcb 内容 、组织的变化，理解进程与其 pcb 间的一一对应关系。 1掌握基本的同步与互斥算法，理解生产者消费者模型。 2学习使用 windows 中基本的同步对象，掌握相关 api 的使用方法。 3了解 windows 中多线程的并

2、发执行机制，实现进程的同步与互斥 三、实验内容与要求 ： 1实验内容 以生产者/消费者模型为依据，在 windows 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。 2实验要求 学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则； 学习了解 windows 同步对象及其特性； 熟悉实验环境，掌握相关 api 的使用方法； 设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥； 四、算法描述（含数据结构定义）或流程图 #include windows.h #include iostream #include stdio.h #include m

3、ath.h #include stdlib.h #include time.h using namespace std; #define max_thread_num 64 /最大线程数 #define inte_per_sec 1000 /延迟时间的毫秒值 const int size_of_buffer = 10; /缓冲区长度 int productid = 0; /产品号 int consumeid = 0; /将被消耗的产品号 int in = 0; /产品进缓冲区时的缓冲区下标 int out = 0; /产品出缓冲区时的缓冲区下标 bool running = true; /判断

4、程序能否继续执行的逻辑值 int g_buffersize_of_buffer; /缓冲区是个循环队列 handle g_hmutex; /公有信号量，用于线程间的互斥 handle g_hfullsemaphore; /生产者的私有信号量，当缓冲区满时迫使生产者等待 handle g_hemptysemaphore; /消费者的私有信号量，当缓冲区空时迫使消费者等待 /定义一个结构体用于存储线程的信息 struct threadinfo int serial; /线程号 char entity; /线程类别(生产者或消费者) double delay; /等待时间 double persis

5、t; /操作时间 ; /生产者 void producer(void* p) /定义变量用于存储当前线程的信息 dword m_delay; dword m_persist; int m_serial; /从参数中获得信息 m_serial = (threadinfo*)(p)-serial; m_delay = (dword)(threadinfo*)(p)-delay * inte_per_sec); m_persist = (dword)(threadinfo*)(p)-persist * inte_per_sec); while (running) /p 操作 cout 生产者线程 m

6、_serial 请求生产. endl; waitforsingleobject(g_hemptysemaphore, infinite); cout 生产者线程 m_serial 请求独占缓冲区. endl; waitforsingleobject(g_hmutex, infinite); sleep(m_delay); /延迟等待 /生产一个产品 cout 生产者线程 m_serial 生产 +productid 号产品成功. endl; cout 生产者线程 m_serial 请求将产品 productid 投入缓冲区. endl; /把新生产的产品放入缓冲区 g_bufferin = p

7、roductid; in = (in +1)%size_of_buffer; sleep(m_persist); /操作等待 cout 生产者线程 m_serial 将产品 productid 投入缓冲区中成功. endl; /输出缓冲区当前的状态 cout * endl n 当前缓冲区情况如图(代表已有产品，代表没有产品): endl; for (int i = 0;i size_of_buffer;+i) if (g_bufferi != 0) cout ; else cout ; cout nn*n endl; /v 操作 releasemutex(g_hmutex); releases

8、emaphore(g_hfullsemaphore, 1, null); /消费者 void consumer(void* p) dword m_delay; dword m_persist; int m_serial; /从参数中获得信息 m_serial = (threadinfo*)(p)-serial; m_delay = (dword)(threadinfo*)(p)-delay * inte_per_sec); m_persist = (dword)(threadinfo*)(p)-persist * inte_per_sec); while (running) /p 操作 cou

9、t 消费者线程 m_serial 请求消费. endl; waitforsingleobject(g_hfullsemaphore, infinite); cout 消费者线程 m_serial 请求独占缓冲区. endl; waitforsingleobject(g_hmutex,infinite); sleep(m_delay); /延迟等待 /从缓冲区中取出一个产品 cout 消费者线程 m_serial 请求取出一个产品. endl; consumeid = g_bufferout; g_bufferout = 0; out = (out + 1) % size_of_buffer;

10、cout 消费者线程 m_serial 取出产品 consumeid 成功. endl; /消耗一个产品 cout 消费者线程 m_serial 开始消费消费产品 consumeid . endl; sleep(m_persist); cout 消费者线程 m_serial 消费产品 consumeid 成功. endl; /输出缓冲区当前的状态 cout * endl n 当前缓冲区情况如图: endl; for (int i = 0;i size_of_buffer;+i) if (g_bufferi != 0) cout ; else cout ; cout nn*n endl; /v

11、操作 releasemutex(g_hmutex); releasesemaphore(g_hemptysemaphore, 1, null); void prod_cons() /创建互斥信号量 g_hmutex = createmutex(null, false, null); /创建同步信号量 g_hemptysemaphore = createsemaphore(null, size_of_buffer, size_of_buffer, null); g_hfullsemaphore = createsemaphore(null, 0, size_of_buffer, null); s

12、rand(unsigned)time(null); /以时间函数为种子 const unsigned short threads_count = rand() % 5 + 5; /总的线程数(随机生成) /线程对象的数组 handle hthreadsmax_thread_num; threadinfo thread_infomax_thread_num; dword thread_id; /线程 id int num = 0; /临时变量，用于循环语句 cout 系统开始模拟，并自动生成模拟数据. endl; system(pause); /暂停确认开始执行 cout 线程总数： threa

13、ds_count endl; /循环随机生成各个线程的信息 while (num != threads_count) thread_infonum.serial = num + 1; if (rand() % 2 = 1) thread_infonum.entity = "p" else thread_infonum.entity = "c" thread_infonum.delay = rand() % 5 + 1; thread_infonum.persist = rand() % 6 + 2; num+; cout n 系统生成数据结束，模拟数据如

14、下: endl 线程号 线程类别 延迟时间 操作时间 endl; for (int x = 0;x threads_count;x+) cout thread_infox.serial t thread_infox.entity t thread_infox.delay tt thread_infox.persist endl; cout nn=生产者-消费者 开始=n endl; /创建线程 for (int i = 0;i threads_count;i+) /创建生产者线程 if (thread_infoi.entity = "p") hthreadsi = crea

15、tethread(null, 0, (lpthread_start_routine)(producer), thread_infoi, 0, thread_id); /创建消费者线程 else hthreadsi = createthread(null, 0, (lpthread_start_routine)(consumer), thread_infoi, 0, thread_id); while (running) if (getchar() /按回车后终止程序运行 running = false; cout 系统模拟结束. endl; int main() cout n=生产者-消费者

16、模拟=n endl; prod_cons(); 五、实验过程 1、记录生产者和消费者的同步执行过程。 2、分析 producer 函数和 consumer 函数的功能，并画出对应的程序流程图。 producer 函数：调用函数,获取资源情况，然后判断条件是否满足,判断是否执行，接着发出生产请求,请求通过后独占缓冲区资源，接着生产-一个产品投入缓冲区，成功后释放所占缓冲区资源，到此此函数执行完成。 consumer 函数： 通过用变量提取保存提取当前资源信息， 然后判断是否执行， 接着发出消费请求， 请求通过后独占缓冲区资源， 接着消费一个产品取出缓冲区， 成功后释放所占缓冲区资源， 到此此函数执行完成。 3、试将同步和互斥的 p 操作颠倒次序执行，观察并分析程序的运行情况。 答： 如将同步和互斥的 p