进程线程的同步与互斥实验报告

操作系统实验报告课程名称操作系统实验名称进程（线程）的同时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一、实验题目:进程（线程）的同时与互斥

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．掌握基本的同时与互斥算法，理解生产者消费者模型。2．学习使用Windows中基本的同时对象，掌握有关API的使用办法。3．理解Windows中多线程的并发执行机制，实现进程的同时与互斥三、实验内容与规定：1．实验内容以生产者/消费者模型为根据，在Windows

环境下创立一种控制台进程，在该进程中创立n个线程模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同时与互斥。2．实验规定学习并理解生产者/消费者模型及其同时/互斥规则；学习理解Windows同时对象及其特性；熟悉实验环境，掌握有关API的使用办法；设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同时与互斥；

四、算法描述（含数据构造定义）或流程图#include<Windows.h>#include<iostream>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>#include<time.h>usingnamespacestd;#defineMAX_THREAD_NUM64//最大线程数#defineINTE_PER_SEC1000//延迟时间的毫秒值constintSIZE_OF_BUFFER=10;//缓冲区长度intProductID=0;//产品号intConsumeID=0;//将被消耗的产品号intin=0;//产品进缓冲区时的缓冲区下标intout=0;//产品出缓冲区时的缓冲区下标boolrunning=true;//判断程序能否继续执行的逻辑值intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//缓冲区是个循环队列HANDLEg_hMutex;//公有信号量，用于线程间的互斥HANDLEg_hFullSemaphore;//生产者的私有信号量，当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLEg_hEmptySemaphore;//消费者的私有信号量，当缓冲区空时迫使消费者等待//定义一种构造体用于存储线程的信息structThreadInfo{ intserial;//线程号 charentity;//线程类别(生产者或消费者) doubledelay;//等待时间 doublepersist;//操作时间};//生产者voidProducer(void*p){ //定义变量用于存储现在线程的信息 DWORDm_delay; DWORDm_persist; intm_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_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 //生产一种产品 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_buffer[in]=ProductID; 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; //输出缓冲区现在的状态 cout<<"****************************"<<endl <<"\n现在缓冲区状况如图(■代表已有产品，□代表没有产品):"<<endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i) { if(g_buffer[i]!=0)cout<<"■"; elsecout<<"□"; } cout<<"\n\n****************************\n"<<endl; //V操作 ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL); }}//消费者voidConsumer(void*p){ DWORDm_delay; DWORDm_persist; intm_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<<"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 //从缓冲区中取出一种产品 cout<<"消费者线程"<<m_serial<<"请求取出一种产品."<<endl; ConsumeID=g_buffer[out]; g_buffer[out]=0; out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER; cout<<"消费者线程"<<m_serial<<"取出产品"<<ConsumeID<<"成功."<<endl; //消耗一种产品 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; //输出缓冲区现在的状态 cout<<"****************************"<<endl <<"\n现在缓冲区状况如图:"<<endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i) { if(g_buffer[i]!=0) cout<<"■"; elsecout<<"□"; } cout<<"\n\n****************************\n"<<endl; //V操作 ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); }}voidprod_cons(){ //创立互斥信号量 g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); //创立同时信号量 g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER,SIZE_OF_BUFFER,NULL); g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER,NULL); srand((unsigned)time(NULL));//以时间函数为种子 constunsignedshortTHREADS_COUNT=rand()%5+5;//总的线程数(随机生成) //线程对象的数组 HANDLEhThreads[MAX_THREAD_NUM]; ThreadInfothread_info[MAX_THREAD_NUM]; DWORDthread_ID;//线程ID intnum=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："<<THREADS_COUNT<<endl; //循环随机生成各个线程的信息 while(num!=THREADS_COUNT) { thread_info[num].serial=num+1; if(rand()%2==1) thread_info[num].entity='P'; else thread_info[num].entity='C'; thread_info[num].delay=rand()%5+1; thread_info[num].persist=rand()%6+2; num++; } cout<<"\n系统生成数据结束，模拟数据以下:"<<endl <<"线程号线程类别延迟时间操作时间"<<endl; for(intx=0;x<THREADS_COUNT;x++) cout<<""<<thread_info[x].serial<<"\t" <<""<<thread_info[x].entity<<"\t" <<""<<thread_info[x].delay<<"\t\t" <<""<<thread_info[x].persist<<endl; cout<<"\n\n==================生产者-消费者开始==================\n"<<endl; //创立线程 for(inti=0;i<THREADS_COUNT;i++) { //创立生产者线程 if(thread_info[i].entity=='P') hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Producer),&thread_info[i],0,&thread_ID); //创立消费者线程 else hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consumer),&thread_info[i],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;}intmain(){ cout<<"\n==================生产者-消