操作系统-创建线程,利用互斥实现线程共享变量通信

操作系统-创建线程,利用互斥实现线程共享

变量通信

创建线程，利用互斥实现线程共享变量通信

一.概述

1.1 课题目的和意义

掌握线程创建和终止，加深对线程和进程概念的理解，会用同步与互斥方法实现线程之间的通信。

1.2内容和要求

软件界面上点“创建线程”按钮，创建三个生产者线程（P1，P2，P3）和两个消费者线程（C1，C2），生产者和消费者线程共享一个长度为2KB的环型公共缓冲区，生产者向其中投放消息，消费者从中取走消息。只要缓冲区未满，生产者可将消息送入缓冲区；只要缓冲区未空，消费者可从缓冲区取走一个消息。

每个消息具下列结构格式:

消息头（1B，固定为0xaa）,消息长度（1B），消息内容（nB），校验和(1B)，检验和计算方式为消息长度和消息内容所有字节异或结果。

每个生产者每隔n毫秒（n用随机数产生，1到100毫秒之间，间隔不固定）生产一个消息加入缓冲区，并把消息产生时间和内容记录在一个文本文件中（或显示在列表框中）。P1每次生产的数据为26个大写字母， P2每次生产的数据为26个小写字母，P3每次生产的数据为10个数字。

每个消费者每隔n秒（n用随机数产生，1到5秒之间，间隔不固定）从缓冲区取走一个消息。每消费一个消息需要将消费时间和消息内容记录在一个文本文件中（或显示在列表框中）。

当用户按结束按钮时结束5个线程，并将5个文件内容显示出来进行对照。

这期实是一个经典的生产者—消费者（Producer_consumer）进程(线程)同步的问题。它描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将此产品提供给消费者进程(线程)去消费。为使生产者进程和消费者进程(线程)能并发执行，在它们之间设置有个缓冲区的缓冲池，生产者进程(线程)可将它所生产的产品放入一个缓冲区中，消费者进程(线程)可从一个缓冲区取得一个产品消费。尽管所有的生产者进程和消费者进程(线程)都是以异步的方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程(线程)到一个空缓冲区去取产品，也不允许生产者进程(线程)向一个已装有消息尚未被取走产品的缓冲区投放产品。如下图所示：

1.3线程所采用的同步方法

同步是多线程中的重要概念.同步的使用可以保证在多线程运行的环境中,程充不会产生设计之外的结果.同步的实现方式有两种,同步方法和同步块.

线程在执行同步方法是具有排它性的.当任意一个线和进入到一个对象的任意一个同步方法时,这个对象所有同步方法都被锁定,在些期间,期他任何线程都不能访问这个对象的任意一个同步

方法,直到这个线程执行完它所调用的同步方法并从中退出,从而导至它释放了该对象的同步锁

这后.在一个对象被某个线程锁定之后,其他线程是可以访问.

同步的有几种实现方法,分别是:

wait():使一个线程处于等待状态,并且释放所有持有的对象lock.

sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。

notify():唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且不是按优先级。

Allnotity():唤醒所有处入等待状态的线程，注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁，而是让它们竞争。

1.4开发工具平台

开发平台:window XP 开发工具:VC++

二.数据定义和详细说明

1数据定义

设计PV操作算法，用信号量机制实现生产者与消费者同步与互斥问题，并与无PV情况下进行对比。定义20个缓冲区，将其初始化为0。调用随机函数rand（）生成随机数，把随机数通过生产者放入缓冲区。若缓冲区满则其值非0。当消费者从缓冲区中去数后缓冲区值变为0。程序可显示缓冲区中的全部内容，方便观察生产者与消费者的行为。程序可通过设置sleep(time)中time的值来控制生产者与消费者的执行顺序。

2详细说明

为了实现生产者与消费者同步与互斥的问题，该程序用记录型信号量机制来实现。

假定在生产者与消费者之间，利用一个公共的缓冲池来进行通信，生产者将所生产的信息放入其中，消费者cognitive缓冲池中取得消息来消费，该缓冲池具有n个缓冲区，其编号为0，1，2，3···,n-1；设置一个互斥信号量mutex，用于实现诸进程对缓冲池的互斥使用，其初值为1，利用资源信号量empty，表示缓冲池中空缓冲区的数目，其初值为n；full分别表示缓冲池中满缓冲区的数目，其初值为0.又假定这些生产者和消费者相互等效，只要缓冲池未满，生产者便可将消息送入由指针in所指的缓冲区；只要缓冲池未空，消费者变可以从由指针out所指示的缓冲区中，取走一个消息。对生产者消费者的问题可以描述如下：

Var metux,empty,full:semaphore=1,n,0;

Buffer:array[0,···n-1] of item;

In,out:integer:=0;

Begin:

Pabegin

Producer:begin

Repeat

Producer an item nextp;

P(empty);

P(mutex);

buffer(in):=nextp;

in:=(in+1)mod n;

V(mutex);

V(full);

Until false;

End

Consumer:begin

Repeat

P(full);

P(mutex);

nextc:= buffer(out);

out:=(out+1)mod n;

V(mutex);

V(empty);

Until false;

End

Parend

End