实验三 进程同步的经典算法
实验3_进程并发与同步
请根据程序运行结果，画出进程家族树，并分析原因。
3、修改程序1，在父、子进程中分别使用wait、exit等系统调用“实现”其同步推进，父进程必须等待儿子进程与女儿进程结束，才可以输出消息。写出相应的同步控制，并分析运行结果。
4、创建一个子进程，并给它加载程序，其功能是调用键盘命令“ls -l”，已知该键盘命令的路径与文件名为：/bin/ls。父进程创建子进程，并加载./child2程序。写出相应的程序代码并分析程序运行结果。
2父进程返回后用第二个fork创建子进程4用第四个fork创建子进程53子进程2返回后用第二个fork建子进程7用第四个fork创建子进程84子进程返回后用第三个fork创建子进程9用第四个fork创建子进程10
课程实验报告
课程名称
计算机操作系统
班级
计算121
实验日期
2015.4.16
姓名
潘洪菊
学号
else
{
wait(0);
exit(0);
}
return 0;
}
实
验
环
境
操作系统：Win7 32位
虚拟机：Vmware9.0
Linux系统：ubuntu11.10
开发环境：vi编辑器，gcc编译器，gdb调试器
实
验
内
容
1、编写一C语言程序，实现在程序运行时通过系统调用fork( )创建两个子进程，使父、子三进程并发执行，父亲进程执行时屏幕显示“I am father”，儿子进程执行时屏幕显示“I am son”，女儿进程执行时屏幕显示“I am daughter”。
else
printf("I am father.\n");
操作系统 实验三 进程同步
集美大学计算机工程学院实验报告课程名称：操作系统指导教师：王丰实验成绩：实验编号：实验三实验名称：进程同步班级：计算12姓名：学号：上机实践日期：2015.5上机实践时间：2学时一、实验目的1、掌握用Linux信号灯集机制实现两个进程间的同步问题。
2、共享函数库的创建二、实验环境Ubuntu-VMware、Linux三、实验内容⏹需要的信号灯: System V信号灯实现☐用于控制司机是否可以启动车辆的的信号灯 S1=0☐用于控制售票员是否可以开门的信号灯 S2=0System V信号灯实现说明□ System V的信号灯机制属于信号灯集的形式, 一次可以申请多个信号灯.□同样利用ftok()生成一个key： semkey=ftok(path,45);□利用key申请一个包含有两个信号灯的信号灯集, 获得该集的idsemid=semget(semkey,2,IPC_CREAT | 0666);□定义一个联合的数据类型union semun{int val;struct semid_ds *buf;ushort *array;};□利用semctl()函数对信号灯初始化,参数有:信号灯集的id: semid要初始化的信号灯的编号:sn要设定的初始值:valvoid seminit(int semid, int val,int sn){union semun arg;arg.val=val;semctl(semid,sn,SETVAL,arg);}利用初始化函数,初始化信号灯:seminit(semid,0,0);//用来司机启动汽车的同步seminit(semid,0,1);//用来售票员开门的同步控制□利用semop()函数, 对信号灯实现V操作:sembuf是一个在头部文件中的预定义结构、semid—信号灯集id, sn—要操作的信号灯编号void semdown(int semid,int sn){/* define P operating*/struct sembuf op;op.sem_num=sn;op.sem_op=-1;//P操作为-1op.sem_flg=0;semop(semid,&op,1);}2、Linux的静态和共享函数库·Linux生成目标代码： gcc -c 源程序文件名（将生成一个与源程序同名的.o目标代码文件。
进程的同步与互斥实验报告
进程的同步与互斥实验报告1.实验目的进程（线程）的同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，本实验旨在通过实际操作，加深对这些概念的理解和掌握。
通过编写多个进程（线程），并在其间进行同步与互斥操作，验证同步与互斥的实际效果。
2.实验环境本实验在Linux系统下进行，使用C/C++语言编程。
3.实验内容3.1同步在实验中，我们编写了两个进程A和B，这两个进程需要按照特定的顺序执行。
为了实现同步，我们使用信号量机制来确保进程A和B按照正确的顺序执行。
3.2互斥在实验中，我们编写了多个进程C和D，这些进程需要同时对一个共享资源进行访问。
为了实现互斥，我们使用互斥锁机制来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
4.实验过程4.1同步实验编写进程A和进程B的代码，使用信号量机制实现同步。
进程A先运行，然后通过信号量唤醒进程B，进程B再开始执行。
通过观察进程的运行顺序，验证同步机制是否起作用。
4.2互斥实验编写进程C和进程D的代码，使用互斥锁机制实现互斥。
进程C和进程D同时对一个共享资源进行访问，通过互斥锁来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
观察进程的输出结果，验证互斥机制是否起作用。
5.实验结果5.1同步实验结果进程A开始执行进程A执行完毕进程B开始执行进程B执行完毕5.2互斥实验结果进程C开始执行进程C访问共享资源进程C执行完毕进程D开始执行进程D访问共享资源进程D执行完毕6.实验分析通过上述结果可以看出，同步实验中进程A和进程B按照正确的顺序执行，证明了同步机制的有效性。
互斥实验中进程C和进程D能够正确地交替访问共享资源，证明了互斥机制的有效性。
7.实验总结通过本次实验，我深刻理解了进程（线程）的同步与互斥，并通过实际操作加深了对这些概念的理解。
同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，对于应对资源竞争和提高程序性能具有重要意义。
在实际开发中，我们应该合理使用同步和互斥机制，以确保程序的正确性和并发执行的效率。
进程同步——经典的同步问题
进程同步——经典的同步问题本⽂为博主原创⽂章，未经博主允许不得转载涉及进程同步的⼀些概念：互斥与同步:临界资源（临界区）：指⼀次只能允许⼀个进程使⽤的共享资源称为临界资源；同步：指为完成某种任务⽽建⽴的两个和多个进程，这些进程在合作的过程中需要协调⼯作次序进⾏有序的访问⽽出现等待所产⽣的制约关系。
互斥：指两个或多个进程访问临界资源时只能⼀个进程访问，其他进程等待的⼀种相互制约的关系。
信号量与互斥量：信号量：本⾝是⼀个计数器，使⽤P，V两个操作来实现计数的减与加，当计数不⼤于0时，则进程进⼊睡眠状态，它⽤于为多个进程提供共享数据对象的访问。
互斥量：如果信号量只存在两个状态，那就不需要计数了，可以简化为加锁与解锁两个功能，这就是互斥量。
⼀、⽣产者与消费者问题问题描述：⼀组⽣产者进程和⼀组消费者进程共享⼀块初始为空，⼤⼩确定的缓冲区，只有当缓冲区为满时，⽣产者进程才可以把信息放⼊缓冲区，否则就要等待；只有缓存区不为空时，消费者进程才能从中取出消息，否则就要等待。
缓冲区⼀次只能⼀个进程访问（临界资源）。
问题分析：⽣产者与消费者进程对缓冲区的访问是互斥关系，⽽⽣产者与消费者本⾝⼜存在同步关系，即必须⽣成之后才能消费。
因⽽对于缓冲区的访问设置⼀个互斥量，再设置两个信号量⼀个记录空闲缓冲区单元，⼀个记录满缓冲区单元来实现⽣产者与消费者的同步。
问题解决：伪代码实现semaphore mutex=1;semaphore full=0; //满缓冲区单元semaphore empty=N; //空闲缓冲区单元prodecer(){while(1){P(empty);P(mutex);add_source++;V(mutex);V(full);}}consumer(){while(1){P(full);P(mutex);add_source--;V(mutex);V(empty);}}⼆、读者与写者问题问题描述：有读者与写者两个并发进程共享⼀个数据，两个或以上的读进程可以访问数据，但是⼀个写者进程访问数据与其他进程都互斥。
进程同步实验报告
一、实验目的1. 理解进程同步的概念和原理；2. 掌握进程同步的基本方法和机制；3. 学会使用信号量实现进程同步；4. 通过实验验证进程同步机制的有效性。
二、实验原理1. 进程同步：在多道程序设计中，进程的执行是并发的，但某些情况下需要保证多个进程按照一定的顺序执行，以避免出现数据不一致、死锁等问题。
进程同步是指通过某种机制，协调多个进程的执行顺序，保证它们能够正确、有效地共享资源。
2. 信号量：信号量是一种特殊的变量，用于实现进程同步。
信号量具有两个原子操作：P操作（wait）和V操作（signal）。
P操作用于申请资源，V操作用于释放资源。
3. 互斥锁：互斥锁是一种常见的进程同步机制，用于保证临界资源的互斥访问。
当一个进程进入临界区时，它会尝试获取互斥锁，如果锁已被其他进程获取，则该进程进入等待状态；当进程退出临界区时，它会释放互斥锁。
三、实验内容1. 实验环境：Linux操作系统，C语言编程环境。
2. 实验工具：gcc编译器、gdb调试器。
3. 实验步骤：（1）创建一个互斥锁，用于保护临界资源。
（2）编写两个进程，分别模拟对临界资源的访问。
（3）在进程访问临界资源前，使用P操作尝试获取互斥锁。
（4）在进程访问临界资源后，使用V操作释放互斥锁。
（5）编译并运行程序，观察进程执行情况。
四、实验结果与分析1. 实验结果：（1）在互斥锁的保护下，两个进程能够按照预期顺序访问临界资源。
（2）当其中一个进程正在访问临界资源时，另一个进程会进入等待状态。
（3）当进程访问临界资源完成后，它会释放互斥锁，允许其他进程访问。
2. 实验分析：（1）互斥锁能够有效地保护临界资源，避免数据不一致问题。
（2）信号量P操作和V操作保证了进程的同步，避免了死锁现象。
（3）通过实验验证了进程同步机制的有效性。
五、实验总结本次实验通过使用信号量和互斥锁，实现了进程同步。
实验结果表明，信号量和互斥锁能够有效地保证进程按照预期顺序执行，避免数据不一致和死锁等问题。
操作系统实验3进程同步报告
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Win32 API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如下图所示。
在Bounded-Buffer Problem（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Win32 API。
（本实验采用Win32 API）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）2.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_item()先判断缓冲区是否为空，不空则从缓冲区中删除元素；3.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。
进程同步的多种解决办法
XI`AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 实验报告进程同步的多种解决办法摘要：简单介绍了进程同步的概念，分析了进程同步的多种解决办法，重点讨论了读者写者问题，更容易了解解决办法的具体机制。
关键词：进程同步；多进程；读者-写者0 引言Windows应用程序中消息有两种送出途径，直接和排队。
Windows或某些运行的应用程序可直接发布消息给窗口过程，或消息可送达到消息列象连续不断地轮询消息队列的OS中当前执行的每一个进程都不是由事件的顺序来控制的，而是由事件的发生来控制的。
在传统的操作系统中，为提高资源利用率和系统吞吐量，通常采用多道程序技术，将多个程序同时装入内存，并使之并发执行。
1 同步在OS中引入进程后，一方面使系统中多道程序并发执行，这不仅使资源利用率改善，亦可显著提高系统吞吐量，但也使系统更为复杂，致使进程对系统资源的无序争夺，每次处理的结果存在不确定性，显现不可再现性。
因此，在多道程序系统中，必须引入进程同步机制。
在本文中将介绍如下几种进程同步机制——硬件同步机制，信号量机制，管程机制和Peri网。
2 进程同步解决办法2.1 硬件同步机制目前许多计算机已提供特殊的硬件指令，允许对一个字中的内容进行检测和改正或对两个字进行交换。
可利用特殊指令解决临界的问题。
对临界区管理时，可将标志看作一个锁，“锁开”进入，“锁关”等待，初始状态锁是开着的。
但当临界资源忙碌时，其他进程处于“忙等”状态，不符合“让权等待”原则，造成处理机时间的浪费，同时很难解决，解决复杂的进程同步问题。
2.2 信号量机制信号量机制已得到广泛发展，由整形信号量经记录型信号量，发展到“信号量集机制”，已广泛应用于单处理机和多处理机系统以及计算机网络中。
信号量机制通常包括整型信号量，记录型信号量，AND型信号量和信号量集。
2.2.1 整型信号量除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(S)和signal(S)来访问。
操作系统实验指导书(新)
目录实验一 WINDOWS进程初识 (3)1、实验目的 (3)2、实验内容和步骤 (3)3、实验结论 (5)4、程序清单 (5)实验二进程管理 (6)背景知识 (6)1、实验目的 (12)2、实验内容和步骤 (12)3、实验结论 (16)4、程序清单................... 错误！未定义书签。
实验三进程同步的经典算法 .. (17)背景知识 (17)1、实验目的 (19)2、实验内容和步骤 (19)3、实验结论 (22)4、程序清单................... 错误！未定义书签。
实验四存储管理 (23)背景知识 (23)1、实验目的 (31)2、实验内容和步骤 (31)3、实验结论 (48)4、程序清单................... 错误！未定义书签。
实验五文件和设备管理 (49)背景知识 (49)1、实验目的 (53)2、实验内容与步骤............. 错误！未定义书签。
3、实验结论................... 错误！未定义书签。
实验一WINDOWS进程初识1、实验目的（1）学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application （控制台应用程序)。
（2）掌握WINDOWS API的使用方法。
（3）编写测试程序，理解用户态运行和核心态运行。
2、实验内容和步骤（1）编写基本的Win32 Consol Application步骤1：登录进入Windows，启动VC++ 6.0。
步骤2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location”处输入工程目录。
创建一个新的控制台应用程序工程。
步骤3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。
实验三 进程同步实验
实验三进程同步机制一、实验内容:学习Windows有关进程/线程同步的背景知识和API，学习windows平台下常用的同步方式，并分析2个实验程序（利用信号量实现两个进程间的同步和利用互斥量实现读者写者问题），观察程序的运行情况并分析执行结果。
二、实验目的:在本实验中，通过对互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）对象的了解，来加深对Windows 进程、线程同步的理解。
(1) 了解互斥量和信号量对象。
(2) 通过分析实验程序，理解管理信号量对象的API。
(3) 理解在进程中如何使用信号量对象。
(4) 通过分析实验程序，理解在线程中如何使用互斥量对象。
(5) 理解父进程创建子进程的程序设计方法，理解在主线程中创建子线程的方法。
三、实验要求：(1) 理解Windows有关进程/线程同步的背景知识和API。
(2) 按要求运行2个程序，观察程序执行的结果，并给出要求的结果分析。
(3) 参照3-2程序，写出一个实现单个生产者—消费者问题的算法，可以使用单个缓冲区，也可以使用缓冲池，生产者随机产生任意形式的数据并放入缓冲区中，消费者则以随机的时间间隔从缓冲区中取数据，随机时间请使用随机数产生。
四、并发与同步的背景知识Windows开发人员可以使用同步对象来协调线程和进程的工作，以使其共享信息并执行任务。
此类对象包括互斥量Mutex、信号量Semaphore、事件Event等。
多进程、多线程编程中关键的一步是保护所有的共享资源，工具主要有互斥量Mutex 和信号量Semaphore等；另一个是协调线程使其完成应用程序的任务，为此，可利用内核中的信号量对象或事件对象。
互斥量是一个可命名且安全的内核对象，主要目的是引导对共享资源的访问。
拥有单一访问资源的线程创建互斥体，所有希望访问该资源的线程应该在实际执行操作之前获得互斥体，而在访问结束时立即释放互斥体，以允许下一个等待线程获得互斥体，然后接着进行下去。
操作系统实验报告——进程同步与互斥
操作系统实验报告——进程同步与互斥一、实验内容本实验主要内容是通过编写程序来实现进程的同步与互斥。
具体来说，是通过使用信号量来实现不同进程之间的同步和互斥。
我们将编写两个进程，一个进程负责打印奇数，另一个进程负责打印偶数，两个进程交替打印，要求打印的数字从1开始，直到100结束。
二、实验原理进程的同步是指多个进程之间按照一定的顺序执行，进程之间互相等待的关系。
而进程的互斥是指多个进程竞争同一个资源，需要通过其中一种方式来避免同时访问共享资源，以免造成数据错乱。
在本实验中，我们使用信号量来实现进程的同步与互斥。
信号量是一个计数器，用于表示一些共享资源的可用数量。
进程在访问共享资源时，需要先对信号量进行操作，当信号量大于0时，表示资源可用，进程可以访问；当信号量等于0时，表示资源不可用，进程需要等待。
进程同步的实现可以通过信号量的P操作与V操作来完成。
P操作用于申请资源，当资源可用时，将计数器减一，并进入临界区；V操作用于释放资源，当资源使用完毕时，将计数器加一，使等待资源的进程能够申请。
进程互斥的实现可以通过信号量的P操作与V操作结合临界区来完成。
当多个进程需要访问共享资源时，需要先进行P操作，进入临界区，访问完毕后进行V操作，离开临界区。
三、实验步骤1.首先，我们需要创建两个进程，一个进程负责打印奇数，另一个进程负责打印偶数。
2. 然后，我们创建一个共享变量count，用来记录打印的数字。
3. 接着，我们创建两个信号量odd和even，用来控制进程的同步与互斥。
odd信号量初始值为1，表示打印奇数的进程可以访问；even信号量初始值为0，表示打印偶数的进程需要等待。
4.编写奇数打印进程的代码，首先进行P操作，判断奇数信号量是否大于0，如果大于0，表示可以打印奇数。
5. 如果可以打印奇数，将count加一，并输出当前的奇数，然后进行V操作，释放偶数打印进程的等待。
6.同样的，编写偶数打印进程的代码，首先进行P操作，判断偶数信号量是否大于0，如果大于0，表示可以打印偶数。
进程管理实验报告
进程管理实验报告进程管理实验报告引言：进程管理是操作系统中的重要概念，它负责调度和控制计算机系统中的各个进程，确保它们能够有序地执行。
本实验旨在通过实际操作和观察，深入了解进程管理的原理和方法，并通过实验结果分析其影响因素和优化策略。
实验一：进程创建与终止在本实验中，我们首先进行了进程的创建和终止实验。
通过编写简单的程序，我们能够观察到进程的创建和终止过程，并了解到进程控制块（PCB）在其中的作用。
实验结果显示，当一个进程被创建时，操作系统会为其分配一个唯一的进程ID，并为其分配必要的资源，如内存空间、文件描述符等。
同时，操作系统还会为该进程创建一个PCB，用于存储该进程的相关信息，如进程状态、程序计数器等。
当我们手动终止一个进程时，操作系统会释放该进程所占用的资源，并将其PCB从系统中删除。
这样，其他进程便可以继续使用这些资源，提高系统的效率和资源利用率。
实验二：进程调度算法进程调度算法是决定进程执行顺序的重要因素。
在本实验中，我们通过模拟不同的进程调度算法，比较它们在不同场景下的表现和效果。
我们选择了三种常见的进程调度算法：先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）和轮转调度（RR）。
通过设置不同的进程执行时间和优先级，我们观察到不同调度算法对系统吞吐量和响应时间的影响。
实验结果显示，FCFS算法适用于执行时间较短的进程，能够保证公平性，但在执行时间较长的进程出现时，会导致等待时间过长，影响系统的响应速度。
SJF 算法在执行时间较长的进程时表现出色，但对于执行时间较短的进程，可能会导致饥饿现象。
RR算法能够在一定程度上平衡各个进程的执行时间，但对于执行时间过长的进程，仍然会影响系统的响应速度。
实验三：进程同步与互斥在多进程环境中，进程之间的同步和互斥是必不可少的。
在本实验中，我们通过模拟进程间的竞争和互斥关系，观察进程同步与互斥的实现方式和效果。
我们选择了信号量机制和互斥锁机制作为实现进程同步和互斥的方法。
进程同步算法
进程同步算法进程的组成进程由以下内容组成：PCB:进程控制块，是进程的唯⼀标识程序，数据区，⼯作区进程的三态运⾏态，就绪态，阻塞态进程之间的互斥多个进程因争⽤临界资源⽽互斥执⾏，叫做进程间的互斥。
实现进程互斥的⽅法有以下⼏种：Dekker算法：这种算法需要设置⼀个整型变量turn,⽤来指⽰允许进⼊临界区的线程，turn=1表⽰P1可以进⼊临界区,turn=2表⽰P2可以进⼊临界区。
还要设置⼀个flag[2]数组表⽰⾃⼰是否愿意进⼊临界区。
flag[0]=true表⽰进程P1愿意进⼊临界区，为false表⽰不愿意进⼊临界区,flag[1]与P2对应。
Dekker算法采⽤竞争的⽅式来进⼊临界区，假如P1想进⼊临界区，它将⾃⼰的flag[0]=true,然后看P2是否愿意进⼊临界区，如果P2不愿意，那么P1直接进⼊临界区。
如果P2也愿意进⼊临界区，那么查看turn的值，看当前轮到谁进⼊临界区了。
如果轮到P2进⼊临界区了，那么P1则表⽰⾃⼰不愿意进⼊临界区(flag[0]=flase)。
将进⼊临界区权限让给P2.然后⼀直等P2从临界区退出。
⽰例代码void P0(){while(true){flag[0] = true;//P0想使⽤关键区。
while(flag[1])//检查P1是不是也想⽤？{if(turn == 1)//如果P1想⽤，则查看P1是否具有访问权限？{flag[0] = false;//如果有，则P0放弃。
while(turn == 1);//检查turn是否属于P1。
flag[0] = true;//P0想使⽤。
}}visit(0); //访问Critical Partition。
turn = 1; //访问完成，将权限给P1。
flag[0] = false;//P0结束使⽤。
}}void P1(){while(true){flag[1] = true; //P1想使⽤关键区。
while(flag[0]) //检查P0是不是也想⽤？{if(turn == 0) //如果P0想⽤，则查看P0是否具有访问权限？{flag[1] = false; //如果有，则P1放弃。
实验三-进程同步经典算法
实验三进程同步的经典算法背景知识Windows提供的常用对象可分成三类：核心应用服务、线程同步和线程间通讯。
其中，开发人员可以使用线程同步对象来协调线程和进程的工作，以使其共享信息并执行任务。
此类对象包括互锁数据、临界段、事件、互斥体和信号等。
多线程编程中关键的一步是保护所有的共享资源，工具主要有互锁函数、临界段和互斥体等；另一个实质性部分是协调线程使其完成应用程序的任务，为此，可利用内核中的事件对象和信号。
在进程内或进程间实现线程同步的最方便的方法是使用事件对象，这一组内核对象允许一个线程对其受信状态进行直接控制(见表3-1) 。
而互斥体则是另一个可命名且安全的内核对象，其主要目的是引导对共享资源的访问。
拥有单一访问资源的线程创建互斥体，所有想要访问该资源的线程应该在实际执行操作之前获得互斥体，而在访问结束时立即释放互斥体，以允许下一个等待线程获得互斥体，然后接着进行下去。
与事件对象类似，互斥体容易创建、打开、使用并清除。
利用CreateMutex() API可创建互斥体，创建时还可以指定一个初始的拥有权标志，通过使用这个标志，只有当线程完成了资源的所有的初始化工作时，才允许创建线程释放互斥体。
表3-1 用于管理事件对象的API为了获得互斥体，首先，想要访问调用的线程可使用OpenMutex() API来获得指向对象的句柄；然后，线程将这个句柄提供给一个等待函数。
当内核将互斥体对象发送给等待线程时，就表明该线程获得了互斥体的拥有权。
当线程获得拥有权时，线程控制了对共享资源的访问——必须设法尽快地放弃互斥体。
放弃共享资源时需要在该对象上调用ReleaseMute() API。
然后系统负责将互斥体拥有权传递给下一个等待着的线程(由到达时间决定顺序) 。
1、实验目的1) 回顾系统进程、线程的有关概念，加深对Windows 2000线程的理解。
2) 了解互斥体对象，通过对生产者消费者等进程间同步与互斥经典算法的实现，加深对P、V原语以及利用P、V原语进行进程间同步与互斥操作的理解。
实验三_进程的同步
进程的同步实验性质：验证＋设计建议学时：2学时一、实验目的●使用EOS的信号量编程解决生产者—消费者问题，理解进程同步的意义。
●调试跟踪EOS的信号量的工作过程，理解进程同步的原理。
●修改EOS的信号量算法，使之支持等待超时唤醒功能（有限等待），加深理解进程同步的原理。
二、预备知识阅读《EOS实验指南》5.3节，学习EOS内核提供的三种同步对象（该实验没有涉及到Event 同步对象），重点理解各种同步对象的状态与使用方式。
了解经典的生产者与消费者同步的问题。
阅读《EOS实验指南》5.2节，学习在EOS应用程序中调用EOS API函数CreateThread创建线程的方法。
三、实验内容3.1 准备实验按照下面的步骤准备本次实验：1.启动OS Lab。
2.新建一个EOS Kernel项目。
3.分别使用Debug配置和Release配置生成此项目，从而在该项目文件夹中生成完全版本的EOS SDK文件夹。
4.新建一个EOS应用程序项目。
5.使用在第3步生成的SDK文件夹覆盖EOS应用程序项目文件夹中的SDK文件夹。
3.2 使用EOS的信号量解决生产者－消费者问题在本实验文件夹中提供了使用EOS的信号量解决生产者－消费者问题的参考源代码文件pc.c，使用OS Lab打开此文件（将文件拖动到OS Lab窗口中释放即可打开），仔细阅读此文件中的源代码和注释，各个函数的流程图可以参见图1。
思考在两个线程函数中哪些是临界资源？哪些代码是临界区？哪些代码是进入临界区？哪些代码是退出临界区？进入临界区和退出临界区的代码是否成对出现？按照下面的步骤查看生产者－消费者同步执行的过程：1.使用pc.c文件中的源代码替换之前创建的EOS应用程序项目中的EOSApp.c文件内的源代码。
2.按F7生成修改后的EOS应用程序项目。
3.按F5启动调试。
OS Lab会首先弹出一个调试异常对话框。
4.在调试异常对话框中选择“否”，继续执行。
ch3-3经典的进程同步问题.ppt.Convertor
3.3 经典的进程同步问题3.3.1 生产者-消费者问题3.3.2 读者-写者问题3.3.3 哲学家进餐问题3.3.4 理发师问题1生产者-消费者问题生产者--消费者问题是操作系统中并发进程内在关系的一种抽象生产者进程可以是计算进程、发送进程；而消费者进程可以是打印进程、接收进程等等2生产者消费者问题①一个生产者、一个消费者共享一个缓冲区②一个生产者、一个消费者共享多个缓冲区③多个生产者、多个消费者共享多个缓冲区④多个生产者、多个消费者共享一个缓冲区⑤多个生产者、一个消费者共享多个缓冲区⑥一个生产者、多个消费者共享多个缓冲区3一个生产者、一个消费者共享一个缓冲区的解（1）var B : integer；empty : semaphore；full : semaphore；empty : = 1；full := 0；4一个生产者、一个消费者共享一个缓冲区的解（2）process consumerBeginL2:P(full);Product:= B;V(empty);Consume a product;Goto L2;end;Process producerbeginL1:Produce product;P(empty);put B product in;V(full);Goto L1;end;5多个生产者、多个消费者共享多个缓冲区的解(1)n个生产者和m个消费者，连接在一个有k个单位缓冲区的有界缓冲池上只要缓冲区未满，Pi生产的产品就可投入缓冲区；只要缓冲区不空，消费者进程Cj就可从缓冲区取走并消耗产品Pi和Cj是并发进程（i=1 n,j=1 m）,Pi作为生产者生产产品，Cj作为消费者消费产品6多个生产者、多个消费者共享多个缓冲区的解(2)var B:array[0..k-1] of item;empty:semaphore:=k;full:semaphore:=0;mutex:semaphore:=1;in,out:integer:= 0;cobegin7多个生产者、多个消费者共享多个缓冲区的解(3)process producer_i process consumer_jBegin beginL1:produce a product; L2：P(full);P(empty); P(mutex);P(mutex); Product:= B[out];B[in]:= product; out:=(out+1) mod k;in:=(in+1) mod k; V(mutex);V(mutex); V(empty);V(full); Consume a product;Goto L1; Goto L2;end; end;coend9读者-写者问题有两组并发进程：读者和写者，共享一个文件F，要求：允许多个读者可同时执行读操作任一写者在完成写操作之前不允许其它读者或写者工作当有读者执行读操作时，不允许其它写者去修改（写）文件10解决读者-写者问题的思路多个读者可同时读写者与写者之间要互斥写者与读者之间要互斥即：11解决读者-写者问题的步骤(1)第一步：Begins:semaphore;S:=1;Rc:integer;Rc:=0;cobegin12解决读者-写者问题的步骤(2) Process Writerjbeginp(s);write file F;V(s) ;endProcess Readeribeginrc:=rc+1if rc=1 then p(s)read file F;rc:=rc-1;if rc=0 then v(s)endcoendend13解决读者-写者问题的步骤(3)存在问题的原因：忽略了rc也是个供多个读者共享的共享资源14解决读者-写者问题的步骤(4)解决方法：beginS,Sr:semaphore;rc:integer;S:=1; Sr:=1;rc:=0;cobegin15解决读者-写者问题的步骤(5) Process Writerjbeginp(s);write file F;V(s)end;coend;endProcess Readeribeginp(Sr);rc:=rc+1;if rc=1 then p(s);v(Sr);read file F;p(Sr);rc:=rc-1;if rc=0 then v(s);v(Sr);end16解决读者-写者问题的解释信号量Sr仅用于管理计数器rc的互斥使用17哲学家吃通心面问题(1)有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心面，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一支筷子。
进程同步实验报告
实验三进程的同步一、实验目的1、了解进程同步和互斥的概念及实现方法；2、更深一步的了解fork()的系统调用方式。
二、实验内容1、预习操作系统进程同步的概念及实现方法。
2、编写一段源程序，用系统调用fork()创建两个子进程，当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。
让每一个进程在屏幕上显示一个字符：父进程显示字符“a”；子进程分别显示字符“b”和字符“c”。
程序的输出是什么？分析原因。
3、阅读模拟火车站售票系统和实现进程的管道通信源代码，查阅有关进程创建、进程互斥、进程同步的系统功能调用或API，简要解释例程中用到的系统功能或API的用法，并编辑、编译、运行程序，记录程序的运行结果，尝试给出合理的解释。
4、（选做）修改问题2的代码，使得父子按顺序显示字符“a”；“b”、“c”编辑、编译、运行。
记录程序运行结果。
三、设计思想1、程序框架（1）创建两个子进程：（2）售票系统：（3）管道通信：先创建子进程，然后对内容加锁，将输出语句存入缓存，并让子进程自己进入睡眠，等待别的进程将其唤醒，最后解锁；第二个子进程也执行这样的过程。
父进程等待子进程后读内容并输出。
（4）修改程序（1）：在子进程的输出语句前加上sleep()语句，即等待父进程执行完以后再输出。
2、用到的文件系统调用函数（1）创建两个子进程：fork()（2）售票系统：DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpPartameter);CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);CloseHandle(hThread1);(HANDLE)CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);Sleep(4000)（sleep调用进程进入睡眠状态(封锁), 直到被唤醒）;WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);ReleaseMutex(hMutex);（3）管道通信：pipe(fd)，fd: int fd[2]，其中: fd[0] 、fd[1]文件描述符（读、写）;lockf( fd，function，byte)（fd: 文件描述符；function: 1: 锁定 0:解锁；byte: 锁定的字节数，0: 从当前位置到文件尾）;write(fd，buf，byte)、read(fd，buf，byte) （fd: 文件描述符；buf : 信息传送的源（目标）地址；byte: 传送的字节数）;sleep(5);exit(0);read(fd[0]，s，50)（4）修改程序（1）：fork(); sleep();四、调试过程1、测试数据设计（1）创建两个子进程：运行结果：（2）售票系统：运行结果：（3）管道通信：运行结果：（4）修改程序（1）：2、测试结果分析 （1）调用fork()创建一个子进程，当运行到第一个子进程输出了b ，当父进程运行时创建另一个子进程。
操作系统进程同步实验报告
实验三：进程同步实验一、实验任务：（1）掌握操作系统的进程同步原理；（2）熟悉linux的进程同步原语；（3）设计程序，实现经典进程同步问题。
二、实验原理：（1）P、V操作PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；②如果S³0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
（2）信号量信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。
信号量的值与相应资源的使用情况有关。
当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。
注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
一般来说，信号量S³0时，S表示可用资源的数量。
执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。
而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S 的值加1；若S£0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
（3）linux的进程同步原语①wait()；阻塞父进程，子进程执行；②#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>key_t ftok (char*pathname, char proj)；它返回与路径pathname相对应的一个键值。
③int semget(key_t key, int nsems, int semflg)参数key是一个键值，由ftok获得，唯一标识一个信号灯集，用法与msgget()中的key 相同；参数nsems指定打开或者新创建的信号灯集中将包含信号灯的数目；semflg参数是一些标志位。
进程的经典同步问题
进程的经典同步问题P、V操作描述简单同步设同步信号量empty，含义为缓冲单元为空，初值为1设同步信号量full，含义为缓冲单元为满，初值为0输⼊进程：申请空缓冲单元； P(empty);输⼊数据到缓冲单元；输⼊数据到缓冲单元；释放满缓冲单元； V(full)计算进程申请满缓冲单元； P(full)从缓冲单元取数据；从缓冲单元取数据释放空缓冲单元； V(empty);同步：每⼀个同步信号量P、V操作成对出现在不同的进程代码中经典同步问题⽣产者消费者问题P、V操作描述进程同步互斥问题步骤：分析进程同步互斥关系；设响应同步互斥信号量；⽤P、V操作描述进程活动。
描述了⼀组⽣产者向⼀组消费者提供产品(数据)，它们共享⼀个有界缓冲区，⽣产者向其中投放产品，消费者从中取出产品消费，⽣产者和消费者互斥使⽤整个缓冲池。
分析：只要缓冲区未满，⽣产者就可把产品送⼊缓冲区，只要缓冲区未空，消费者便可从缓冲区取⾛产品并消耗它。
仅当缓冲区满时，⽣产者被阻塞，类似地，缓冲区空时，消费者被阻塞。
设置两个同步信号量：empty：表⽰空缓冲单元的数⽬，初值为缓冲区的⼤⼩n；full:表⽰满缓冲单元(即产品)的数⽬，初值为0；设置互斥信号量mutex：表⽰整个缓冲池，初值为1。
⽣产者进程Pi(i=1,2,……,m)总结两个P操作不可⽤颠倒，如⽣产者进程中如颠倒，当缓冲区都满时会引起死锁，消费者进程如颠倒，当缓冲区都空时会引起死锁;两个V 操作可以颠倒，只是影响到释放缓冲区的顺序。
互斥操作，P、V操作成对出现在同⼀进程代码中。
同步操作，P、V操作成对出现在不同进程代码中。
进程同步
进程同步问题例1、三个进程P1、P2、P3互斥使用一个包含N(N>0)个单元的缓冲区。
P1每次用produce()生成一个正整数并用put()送入缓冲区某一空单元中；P2每次用getodd()从该缓冲区中取出一个奇数并用countodd()统计奇数个数；P3每次用geteven()从该缓冲区中取出一个偶数并counteven()统计偶数个数。
请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动，并说明所定义信号量的含义。
要求用伪代码描述。
解：定义信号量S1控制P1与P2之间的同步；S2控制P1与P3之间的同步；empty控制生产者与消费者之间的同步；mutex控制进程间互斥使用缓冲区。
程序如下：Var s1=0,s2=0,empty=N,mutex=1;ParbeginP1：beginX=produce(); /*生成一个数*/P(empty);/*判断缓冲区是否有空单元*/P(mutex); /*缓冲区是否被占用*/把X放入缓冲区；If x%2==0V(s2); /*如果是偶数，向P3发出信号*/elseV(s1); /*如果是奇数，向P2发出信号*/V(mutex); /*使用完缓冲区，释放*/endP2：beginP(s1); /*收到P1发来的信号，已产生一个奇数*/P(mutex); /*缓冲区是否被占用*/Getodd();Countodd():=coutodd()+1;V(mutex); /*释放缓冲区*/V(empty); /*向P1发信号，多出一个空单元*/End.P3：beginP(s2); /*收到P1发来的信号，已产生一个偶数*/P(mutex); /*缓冲区是否被占用*/Geteven();Counteven():=counteven()+1;V(mutex); /* 释放缓冲区*/V(empty); /*向P1发信号，多出一个空单元*/End.Parend.例2、进程A1，A2，…，An1通过m个缓冲区向进程B1，B2，…，Bn2不断地发送消息。
进程同步算法
}
main() /*主程序*/
{
SeQueue queue;
int i;
elementtype y;
elementtype z;
queue=InitQueue_sq(); /*建立空队列queue*/
if(Empty_sq(&queue)!=0) /*判断队列queue是否为空*/
typedef struct pcb
{ int id; /*进程标识*/
char name[10]; /*进程名*/
int priority; /*优先数*/
int cputime; /*已占用CPU的时间片数*/
int alltime; /*进程所需的时间片数*/
char status; /*进程状态指针*/
/**************定义一个pcb的结构体***********/
typedef struct pcb
{ int id; /*进程标识*/
char name[10]; /*进程名*/
int priority; /*优先数*/
int cputime; /*已占用CPU的时间片数*/
int alltime; /*进程所需的时间片数*/
{
int i;
if(q.front!=q.rear) /*队列非空,输出队列元素*/
{
printf("Output elements of queue : ");
for(i=q.front+1;i<=q.rear;i++)
printf("%d ",q.element[i]);
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实验三进程同步的经典算法背景知识Windows提供的常用对象可分成三类：核心应用服务、线程同步和线程间通讯。
其中，开发人员可以使用线程同步对象来协调线程和进程的工作，以使其共享信息并执行任务。
此类对象包括互锁数据、临界段、事件、互斥体和信号等。
多线程编程中关键的一步是保护所有的共享资源，工具主要有互锁函数、临界段和互斥体等；另一个实质性部分是协调线程使其完成应用程序的任务，为此，可利用内核中的事件对象和信号。
在进程内或进程间实现线程同步的最方便的方法是使用事件对象，这一组内核对象允许一个线程对其受信状态进行直接控制(见表3-1) 。
而互斥体则是另一个可命名且安全的内核对象，其主要目的是引导对共享资源的访问。
拥有单一访问资源的线程创建互斥体，所有想要访问该资源的线程应该在实际执行操作之前获得互斥体，而在访问结束时立即释放互斥体，以允许下一个等待线程获得互斥体，然后接着进行下去。
与事件对象类似，互斥体容易创建、打开、使用并清除。
利用CreateMutex() API可创建互斥体，创建时还可以指定一个初始的拥有权标志，通过使用这个标志，只有当线程完成了资源的所有的初始化工作时，才允许创建线程释放互斥体。
为了获得互斥体，首先，想要访问调用的线程可使用OpenMutex() API来获得指向对象的句柄；然后，线程将这个句柄提供给一个等待函数。
当内核将互斥体对象发送给等待线程时，就表明该线程获得了互斥体的拥有权。
当线程获得拥有权时，线程控制了对共享资源的访问——必须设法尽快地放弃互斥体。
放弃共享资源时需要在该对象上调用ReleaseMute() API。
然后系统负责将互斥体拥有权传递给下一个等待着的线程(由到达时间决定顺序) 。
1、实验目的1) 回顾系统进程、线程的有关概念，加深对Windows 2000线程的理解。
2) 了解互斥体对象，通过对生产者消费者等进程间同步与互斥经典算法的实现，加深对P、V原语以及利用P、V原语进行进程间同步与互斥操作的理解。
2、实验内容和步骤（1）. 生产者消费者问题步骤1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单3-1中的程序，编译成可执行文件。
步骤2：在“命令提示符”窗口运行步骤1中生成的可执行文件。
运行结果：范例：E:\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>os31(假设编译生成的可执行文件是os31.exe)_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________步骤3：仔细阅读源程序，找出创建线程的WINDOWS API函数，回答下列问题：线程的第一个执行函数是什么（从哪里开始执行）？它位于创建线程的API函数的第几个参数中？_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________步骤4：修改清单3-1中的程序，调整生产者线程和消费者线程的个数，使得消费者数目大与生产者，看看结果有何不同。
运行结果：_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 从中你可以得出什么结论：_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________步骤5：修改清单3-1中的程序，按程序注释中的说明修改信号量EmptySemaphore的初始化方法，看看结果有何不同。
运行结果：_______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________步骤6：根据步骤4的结果，并查看MSDN，回答下列问题1）CreateMutex中有几个参数，各代表什么含义。
_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2）CreateSemaphore中有几个参数，各代表什么含义，信号量的初值在第几个参数中。
_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 3）程序中P、V原语所对应的实际Windows API函数是什么，写出这几条语句。
_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4）CreateMutex能用CreateSemaphore替代吗？尝试修改程序3-1，将信号量Mutex 完全用CreateSemaphore及相关函数实现。
写出要修改的语句：_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________（2）. 读者写者问题根据实验（1）中所熟悉的P、V原语对应的实际Windows API函数，并参考教材中读者、写者问题的算法原理，尝试利用Windows API函数实现第一类读者写者问题（读者优先）。
3、实验结论_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________4、程序清单清单3-1 生产者消费者问题#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 2; //缓冲区长度unsigned short ProductID = 0; //产品号unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标int buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列bool p_ccontinue = true; //控制程序结束HANDLE Mutex; //用于线程间的互斥HANDLE FullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLE EmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程int main(){//创建各个互斥信号//注意，互斥信号量和同步信号量的定义方法不同，互斥信号量调用的是CreateMutex 函数，同步信号量//调用的是CreateSemaphore函数，函数的返回值都是句柄。