操作系统实验3进程同步报告.doc

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1、实验三进程同步一、实验目的：1.了解进程和线程的同步方法，学会运用进程和线程同步方法来解决实际问题；2.了解windows系统下Win32API或Pthread信号量机制的使用方法；二、实验预备内容：1.对书上所说基于信号量的有限缓冲的生产者－消费者问题；2.对于信号量的概念有大概的了解，知道如何用信号量的wiat()和signal()函数如何取消应用程序进入临界区的忙等；三、实验环境说明：此实验在Win7(32位)CodeBlocks环境下实现，采用WinAPI的信号量机制。四、实验内容：设计一个程序解决有限缓冲问题，其中的生产者与消费者进程

2、如下图所示。在Bounded-BufferProblem（6.6.1节）中使用了三个信号量：empty（记录有多少空位）、full（记录有多少满位）以及mutex（二进制信号量或互斥信号量，以保护对缓冲区插入与删除的操作）。对于本项目，empty和full将采用标准计数信号量，而mutex将采用二进制信号量。生产者与消费者作为独立线程，在empty、full、mutex的同步前提下，对缓冲区进行插入与删除。本项目可采用Pthread或Win32API。（本实验采用Win32API）五、程序设计说明：1.全局变量：定义缓冲区数组及其环形队列表达方

3、式，定义mutex、empty、full三个信号量。empty记录缓冲区有多少个空位；full记录缓冲区有多少个满位；mutex作为互斥信号量，保护对缓冲区插入或删除的操作。具体定义如下：定义生产者、消费者线程结构和包含的信息：（由于题目中没有要求，因此只定义了编号一个变量）1.缓冲区：缓冲区是一个元数据类型为buffer_item（可通过typedef定义）的固定大小的数组，按环形队列处理。buffer_item的定义及缓冲区大小可保存在头文件中：A.insert_item()：先判断缓冲区是否已满，不满则向缓冲区中插入元素；B.remove

4、_item()先判断缓冲区是否为空，不空则从缓冲区中删除元素；1.生产者线程：生产者线程交替执行如下两个阶段：睡眠一段随机事件，向缓冲中插入一个随机数。2.消费者线程：消费者线程交替执行如下两个阶段：睡眠一段随机时间，醒后从缓冲区内取出一项。1.Win32信号量机制：A.创建线程（第四章）：B.创建互斥锁：#includeHANDLEmutex;mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);第一个参数为互斥锁的安全属性，置为NULL表示不允许任何子进程继承该锁的句柄；第二个参数表示创建该锁的是否为初

5、始拥有者，置为FALSE表示不是初始拥有者；第三个参数表示锁的命名，NULL表示没有对其命名；若创建互斥锁成功，CreateMutex()返回互斥锁的句柄，否则返回NULL。A.创建信号量：#includeHANDLEempty;HANDLEfull;empty=CreateSemaphore(NULL,BUFFER_SIZE,BUFFER_SIZE,NULL);full=CreateSemaphore(NULL,0,BUFFER_SIZE+1,NULL);第一个参数表示安全属性；第二个参数表示信号量的初值；第三个参数表示

6、信号量的最大值；第四个参数表示信号量的名称；若创建信号量成功，CreateSemaphore()返回指向信号量的句柄，否则返回NULL。B.获取信号量（相当于wait()函数）：WaitForSingleObject(Semaphore,INFINITE);若信号量的值大于0，则处于触发态，可以为调用线程获取。否则由于定义了INFINITE，调用线程会进行无穷等待直到信号量为触发态。C.递增信号量（相当于signal()函数）：ReleaseSemaphore(Sem,1,NULL);第一个参数表示信号量的句柄；第二个参数表示信号量的递增大小；

7、第三个参数表示信号量原值的指针；若成功，则ReleaseSemaphore()与ReleaseMutex()返回0，否则返回非0.2.主函数：一、运行结果：缓冲区大小为5，手动输入生产者和消费者的线程数，观察运行结果。1.3个生产者线程，1个消费者线程，缓冲区的插入和删除操作都正常。2.3个生产者线程，2个消费者线程，缓冲区的插入和删除操作都正常。1.3个生产者线程，3个消费者线程，生产者生产出三个元素放入缓冲区，消费者消费掉这三个元素，再想要消费时候发现缓冲区内为空，因此输出错误提示信息。2.3个生产者线程，3个消费者线程，最初消费者想要消费

8、，但是缓冲区为空，因此输出错误提示信息。生产者生产出2个元素放入缓冲区，消费者消费掉这2个元素，生产者再生产出1个元素放入缓冲区，消费者消费掉这1个元