Windows下进程同步与互斥

实验进程同步与互斥

一、实验目的

1．掌握基本的同步与互斥算法，理解生产者消费者模型。

2．学习使用Windows 2000/XP中基本的同步对象，掌握相关API的使用方法。

3．了解Windows 2000/XP中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。

二、实验内容及要求

1．实验内容

以生产者/消费者模型为依据，在Windows 2000环境下创建一个控制台进程，在该进程中创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。

2．实验要求

●学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则；

●学习了解Windows同步对象及其特性；

●熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法；

●设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥；

●提交实验报告。

三、相关知识介绍

1．同步对象

同步对象是指Windows中用于实现同步与互斥的实体，包括信号量(Semaphore)、互斥量(Mutex)、临界区(Critical Section)和事件(Events)等。本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。

同步对象的使用步骤：

●创建/初始化同步对象。

●请求同步对象，进入临界区(互斥量上锁)。

●释放同步对象(互斥量解锁)。

这些对象在一个线程中创建，在其他线程中都可以使用，实现同步与互斥。

2．相关API的功能及使用

我们利用Windows SDK提供的API编程实现实验题目要求，而VC中包含有Windows SDK的所有工具和定义。要使用这些API，需要包含堆这些函数进行说明的SDK头文件——最常见的是Windows.h(特殊的API调用还需要包含其他头文件)。

下面给出的是本实验使用到的API的功能和使用方法简单介绍。

(1) CreateThread

●功能——创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程

●格式

HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,

DWORD dwStackSize,

LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,

LPVOID lpParamiter,

DWORD dwCreationFlags,

Lpdword lpThread );

●参数说明

lpThreadAttributes——指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES(新线程的安全性描述符)。

dwStackSize——定义原始堆栈大小。

lpStartAddress——指向使用LPTHRAED_START_ROUTINE类型定义的函数。

lpParamiter——定义一个给进程传递参数的指针。

dwCreationFlags——定义控制线程创建的附加标志。

lpThread——保存线程标志符(32位)

(2) CreateMutex

●功能——创建一个命名或匿名的互斥量对象

●格式

HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,

BOOL bInitialOwner,

LPCTSTR lpName);

●参数说明

lpMutexAttributes——必须取值NULL。

bInitialOwner——指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马上加锁)。

lpName——互斥量名称。

(3) CreateSemaphore

●功能——创建一个命名或匿名的信号量对象

●格式

HANDLE CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,

LONG lInitialCount,

LONG lMaximumCount,

LPCTSTR lpName );

●参数说明

lpSemaphoreAttributes——必须取值NULL。

lInitialCount——信号量的初始值。该值大于0，但小于lMaximumCount指定的最大值。

lMaximumCount——信号量的最大值。

lpName——信号量名称。

(4) WaitForSingleObject

●功能——使程序处于等待状态，直到信号量hHandle出现(即其值大于等于1)或超过规定的等待时间

●格式

DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);

●参数说明

hHandle——信号量指针。

dwMilliseconds——等待的最长时间(INFINITE为无限等待)。

(5) ReleaseSemaphore

●功能——对指定信号量加上一个指定大小的量。成功执行则返回非0值

●格式

BOOL ReleaseSemaphore(HANDLE hSemaphore,

LONG lReleaseCount,

LPLONG lppreviousCount );

●参数说明

hSemaphore——信号量指针。

lReleaseCount——信号量的增量。

lppreviousCount——保存信号量当前值。

(6) ReleaseMutex

●功能——打开互斥锁，即把互斥量加1。成功调用则返回0

●格式

BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex);

●参数说明

hMutex——互斥量指针。

(7) InitializeCriticalSection

●功能——初始化临界区对象

●格式

VOID InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

●参数说明

lpCriticalSection——指向临界区对象的指针。

(8) EnterCriticalSection

●功能——等待指定临界区对象的所有权

●格式

VOID enterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

●参数说明

lpCriticalSection——指向临界区对象的指针。

(9) LeaveCriticalSection

●功能——释放指定临界区对象的所有权

●格式

VOID LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

●参数说明

lpCriticalSection——指向临界区对象的指针。

四、实验示例(方法、步骤与例程)

1．测试用例文件

测试用例文件用于描述各线程的有关信息，该文件内容及格式如下：3

1 P 3

2 P 4