线程的同步和互斥问题

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实验二线程的同步和互斥问题一．实验内容：编写程序实现并发线程之间的同步和互斥问题。线程间的互斥：并发执行的线程共享某些类临界资源，对临界资源的访问应当采取互斥的机制。线程间的同步：并发执行的线程间通常存在相互制约的关系，线程必须遵循一定的规则来执行，同步机制可以协调相互制约的关系。二．实验目的和要求1）了解进程同步与互斥的概念，掌握编写进程同步、互斥的实例。2）解决一类典型的进程间同步问题，如生产者-消费者问题，读者-写者问题等。三．实验方法和步骤1．实验方法掌握同步与互斥的机制，选取合适的问题，给出演示程序的设计思想，包括流程图的形式；选取C、C++、VC、JAVA等计算机语言，编程调试，最终给出运行正确的程序。2．程序设计（1）线程间互斥：分析问题，创建多个线程，找出临界资源，划出正确的临界区，根据互斥机制的操作模式，编写程序。互斥机制的操作模式：p(mutex);/*关锁*/临界区的操作；v(mutex);/*开锁*/（2）线程间同步——读者-写者问题示例：在Windows2000环境下，创建一个包含n个线程的控制台进程。用这n个线程来表示n个读者或写者。每个线程按相应测试数据文件的要求，进行读写操作。请用信号量机制分别实现读者优先和写者优先的读者-写者问题。读者-写者问题的读写操作限制： 　　1）写-写互斥；　　2）读-写互斥；　　3）读-读允许；运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息，以确信所有处理都遵守相应的读写操作限制。测试数据文件格式测试数据文件包括n行测试数据，分别描述创建的n个线程是读者还是写者，以及读写操作的开始时间和持续时间。每行测试数据包括四个字段，各字段间用空格分隔。第一字段为一个正整数，表示线程序号。第二字段表示相应线程角色，R表示读者是，W表示写者。第三字段为一个正数，表示读写操作的开始时间。线程创建后，延时相应时间（单位为秒）后发出对共享资源的读写申请。第四字段为一个正数，表示读写操作的持续时间。当线程读写申请成功后，开始对共享资源的读写操作，该操作持续相应时间后结束，并释放共享资源。　　下面是一个测试数据文件的例子：　　1R35　　2W45　　3R52　　4R65　　5W5.13　　与实验相关的API介绍　　在本实验中可能涉及的API有：　　线程控制：　　CreateThread完成线程创建，在调用进程的地址空间上创建一个线程，以执行指定的函　　数；它的返回值为所创建线程的句柄。　　HANDLECreateThread（　　LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,//SD　　DWORDdwStackSize,//initialstacksize　　LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,//thread　　function 　　LPVOIDlpParameter,//threadargument　　DWORDdwCreationFlags,//creationoption　　LPDWORDlpThreadId//threadidentifier　　）;　　ExitThread用于结束当前线程。　　VOIDExitThread（　　DWORDdwExitCode//exitcodeforthisthread　　）;　　Sleep可在指定的时间内挂起当前线程。　　VOIDSleep（　　DWORDdwMilliseconds//sleeptime　　）;　　信号量控制：　　CreateMutex创建一个互斥对象，返回对象句柄；　　HANDLECreateMutex（　　LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,//SD　　BOOLbInitialOwner,//initialowner　　LPCTSTRlpName//objectname　　）;　　OpenMutex打开并返回一个已存在的互斥对象句柄，用于后续访问；　　HANDLEOpenMutex（　　DWORDdwDesiredAccess,//access　　BOOLbInheritHandle,//inheritanceoption　　LPCTSTRlpName//objectname　　）;　　ReleaseMutex释放对互斥对象的占用，使之成为可用。　　BOOLReleaseMutex（　　HANDLEhMutex//handletomutex　　）;　　WaitForSingleObject可在指定的时间内等待指定对象为可用状态； 　　DWORDWaitForSingleObject（　　HANDLEhHandle,//handletoobject　　DWORDdwMilliseconds//time-outinterval　　）;　　实验程序代码　　#include　　#include　　#include　　#include　　#include　　#include　　#defineMAX_PERSON100　　#defineREADER0　　#defineWRITER1　　#defineEND-1　　#defineRREADER　　#defineWWRITER　　typedefstruct_Person　　{　　HANDLEm_hThread;　　intm_nType;　　intm_nStartTime;　　intm_nWorkTime;　　intm_nID;　　}Person;　　Persong_Persons[MAX_PERSON];　　intg_NumPerson=0;　　longg_CurrentTime=0;　　intg_PersonLists[]={　　1,R,5,5, 　　2,W,4,5,　　3,R,2,2,　　4,R,1,5,　　END,　　};　　intg_NumOfReading=0;　　HANDLEg_hReadMutex;　　HANDLEg_hWriteMutex;　　voidCheckPersonList(int*pPersonList);　　boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime);　　boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime);　　DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam);　　DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDlpParam);　　intmain()　　{　　g_hReadMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);　　g_hWriteMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);　　g_CurrentTime=0;　　while(true)　　{　　CheckPersonList(g_PersonLists);　　g_CurrentTime++;　　Sleep(300);　　printf("CurrentTime=%d ",g_CurrentTime);　　}　　return0;　　}　　voidCheckPersonList(int*pPersonLists)　　{　　inti=0; 　　int*pList=pPersonLists;　　boolRet;　　while(pList[0]!=END)　　{　　if(pList[2]==g_CurrentTime)　　{　　switch(pList[1])　　{　　caseR:　　Ret=CreateReader(pList[2],pList[3]);　　　　break;　　caseW:　　Ret=CreateWriter(pList[2],pList[3]);　　　　break;　　}　　if(!Ret)　　printf("CreatePerson%diswrong ",pList[0]);　　}　　pList+=4;//movetonextpersonlist　　}　　}　　DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam)　　{　　Person*pPerson=(Person*)lpParam;　　printf("Reader%disrequesttheSharedBuffer... ",pPerson->m_nID);　　WaitForSingleObject(g_hReadMutex,INFINITE);　　if(g_NumOfReading==0)　　{ 　　WaitForSingleObject(g_hWriteMutex,INFINITE);　　}　　g_NumOfReading++;　　ReleaseMutex(g_hReadMutex);　　printf("Reader%disrequestok ",pPerson->m_nID);　　//modifythereader'srealstarttime　　pPerson->m_nStartTime=g_CurrentTime;　　printf("Reader%disReadingtheSharedBuffer... ",pPerson->m_nID);　　while(g_CurrentTime<=pPerson->m_nStartTime+pPerson->m_nWorkTime)　　{　　//..performreadoperations　　}　　printf("Reader%disExit... ",pPerson->m_nID);　　　　WaitForSingleObject(g_hReadMutex,INFINITE);　　g_NumOfReading--;　　if(g_NumOfReading==0)　　ReleaseMutex(g_hWriteMutex);　　ReleaseMutex(g_hReadMutex);　　　　ExitThread(0);　　　　return0;　　}　　DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDlpParam)　　{　　　　WaitForSingleObject(g_hWriteMutex,INFINITE);　　　　Person*pPerson=(Person*)lpParam; 　　//modifythewriter'srealstarttime　　pPerson->m_nStartTime=g_CurrentTime;　　printf("Writer%disWrittingtheSharedBuffer... ",pPerson->m_nID);　　while(g_CurrentTime<=pPerson->m_nStartTime+pPerson->m_nWorkTime)　　{　　//..performwriteoperations　　}　　printf("Writer%disExit... ",pPerson->m_nID);　　　　ReleaseMutex(g_hWriteMutex);　　　　　　ExitThread(0);　　return0;　　}　　boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime)　　{　　DWORDdwThreadID;　　if(g_NumPerson>=MAX_PERSON)　　returnfalse;　　　　Person*pPerson=&g_Persons[g_NumPerson];　　pPerson->m_nID=g_NumPerson;　　pPerson->m_nStartTime=StartTime;　　pPerson->m_nWorkTime=WorkTime;　　pPerson->m_nType=READER;　　g_NumPerson++;　　//CreateanNewThread　　pPerson->m_hThread=CreateThread(NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID); 　　if(pPerson->m_hThread==NULL)　　returnfalse;　　returntrue;　　}　　boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime)　　{　　DWORDdwThreadID;　　if(g_NumPerson>=MAX_PERSON)　　returnfalse;　　　　Person*pPerson=&g_Persons[g_NumPerson];　　pPerson->m_nID=g_NumPerson;　　pPerson->m_nStartTime=StartTime;　　pPerson->m_nWorkTime=WorkTime;　　pPerson->m_nType=WRITER;　　g_NumPerson++;　　//CreateanNewThread　　pPerson->m_hThread=CreateThread(NULL,0,WriterProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID);　　if(pPerson->m_hThread==NULL)　　returnfalse;　　　　returntrue;　　}一．实验结果分析通过运行多线程并发执行，观察运行的效果，分析互斥与同步的运行效果。在互斥机制下，能否同时访问临界资源；在同步机制下，线程的执行是否存在固定的协调次序，如何修改程序来控制线程的协调运行？