进程的同步实验报告

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进程(线程)同步和互斥实验报告

进程(线程)同步和互斥实验报告

进程(线程)同步和互斥实验报告操作系统实验报告课程名称操作系统实验名称进程(线程)的同步与互斥成绩学生姓名作业君专业软件工程班级、学号同组者姓名无实验日期2021一、实验题目: : 进程(线程)的同步与互斥二、实验目的:自行编制模拟程序,通过形象化的状态显示,加深理解进程的概念、进程之间的状态转换及其所带来的 PCB 内容、组织的变化,理解进程与其 PCB 间的一一对应关系。

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 中基本的同步对象,掌握相关 API 的使用方法。

3.了解 Windows 中多线程的并发执行机制,实现进程的同步与互斥三、实验内容与要求:1.实验内容以生产者/消费者模型为依据,在 Windows 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;四、算法描述(含数据结构定义)或流程图#include <Windows.h> #include <iostream> #include<stdio.h> #include <math.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> using namespace std;#define MA__THREAD_NUM 64//最大线程数 #define INTE_PER_SEC 1000//延迟时间的毫秒值 const int SIZE_OF_BUFFER = 10;//缓冲区长度 int ProductID = 0;//产品号 int ConsumeID = 0;//将被消耗的产品号 int in = 0;//产品进缓冲区时的缓冲区下标 int out = 0;//产品出缓冲区时的缓冲区下标 bool running = true;//判断程序能否继续执行的逻辑值 intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//缓冲区是个循环队列 HANDLE g_hMute_;//公有信号量,用于线程间的互斥 HANDLEg_hFullSemaphore;//生产者的私有信号量,当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLE g_hEmptySemaphore;//消费者的私有信号量,当缓冲区空时迫使消费者等待//定义一个结构体用于存储线程的信息 struct ThreadInfo {int serial;//线程号char entity;//线程类别(生产者或消费者)double delay;//等待时间double persist; //操作时间 };//生产者 void Producer(void_p) {//定义变量用于存储当前线程的信息DWORD m_delay;DWORD m_persist;int m_serial;//从参数中获得信息m_serial = ((ThreadInfo_)(p))->serial;m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo_)(p))->delay _INTE_PER_SEC);m_persist = (DWORD)(((ThreadInfo_)(p))->persist _INTE_PER_SEC);while (running){//P 操作cout << “生产者线程” << m_serial << “ 请求生产.” << endl;WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore, INFINITE);cout << “生产者线程” << m_serial << “ 请求独占缓冲区.” << endl;WaitForSingleObject(g_hMute_, INFINITE);Sleep(m_delay);//延迟等待//生产一个产品cout << “生产者线程”<< m_serial << “ 生产” << ++ProductID << “ 号产品成功.” << endl;cout << “生产者线程” << m_serial << “ 请求将产品” << ProductID << “ 投入缓冲区.” << endl;//把新生产的产品放入缓冲区g_buffer[in] = ProductID;in = (in +1)%SIZE_OF_BUFFER;Sleep(m_persist);//操作等待cout << “生产者线程” << m_serial << “ 将产品” << ProductID << “ 投入缓冲区中成功.” << endl;//输出缓冲区当前的状态cout << “____________________________” << endl<< “\n 当前缓冲区情况如图(■代表已有产品,□代表没有产品):” << endl;for (int i = 0;i < SIZE_OF_BUFFER;++i){if (g_buffer[i] != 0)cout << “■”;elsecout << “□”;}cout << “\n\n____________________________\n” << endl;//V 操作ReleaseMute_(g_hMute_);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore, 1, NULL);} }//消费者 void Consumer(void_p) {DWORD m_delay;DWORD m_persist;int m_serial;//从参数中获得信息m_serial = ((ThreadInfo_)(p))->serial;m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo_)(p))->delay _INTE_PER_SEC);m_persist = (DWORD)(((ThreadInfo_)(p))->persist _INTE_PER_SEC);while (running){//P 操作cout << “消费者线程” << m_serial << “ 请求消费.” << endl;WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore, INFINITE);cout << “消费者线程” << m_serial << “ 请求独占缓冲区.” << endl;WaitForSingleObject(g_hMute_,INFINITE);Sleep(m_delay); //延迟等待//从缓冲区中取出一个产品cout << “消费者线程” << m_serial << “ 请求取出一个产品.” << endl;ConsumeID = g_buffer[out];g_buffer[out] = 0;out = (out + 1) % SIZE_OF_BUFFER;cout << “消费者线程” << m_serial << “ 取出产品” << ConsumeID << “ 成功.” << endl;//消耗一个产品cout << “消费者线程” << m_serial << “ 开始消费消费产品” << ConsumeID << “.” << endl;Sleep(m_persist);cout << “消费者线程” << m_serial << “ 消费产品” << ConsumeID << “ 成功.” << endl;//输出缓冲区当前的状态cout << “____________________________” << endl<< “\n 当前缓冲区情况如图:” << endl;for (int i = 0;i < SIZE_OF_BUFFER;++i){if (g_buffer[i] != 0)cout << “■”;elsecout << “□”;}cout << “\n\n____________________________\n” << endl;//V 操作ReleaseMute_(g_hMute_);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore, 1, NULL);} }void prod_cons {//创建互斥信号量g_hMute_ = CreateMute_(NULL, FALSE, NULL);//创建同步信号量g_hEmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER, SIZE_OF_BUFFER, NULL);g_hFullSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 0,SIZE_OF_BUFFER, NULL);srand((unsigned)time(NULL));//以时间函数为种子const unsigned short THREADS_COUNT = rand % 5 + 5; //总的线程数(随机生成)//线程对象的数组HANDLE hThreads[MA__THREAD_NUM];ThreadInfo thread_info[MA__THREAD_NUM];DWORD thread_ID; //线程 IDint num = 0;//临时变量,用于循环语句cout << “系统开始模拟,并自动生成模拟数据...” << endl;system(“pause”); //暂停确认开始执行cout << “线程总数:” << THREADS_COUNT << endl;//循环随机生成各个线程的信息while (num != THREADS_COUNT){thread_info[num].serial = num + 1;if (rand % 2 == 1)thread_info[num].entity = "P";elsethread_info[num].entity = "C";thread_info[num].delay = rand % 5 + 1;thread_info[num].persist = rand % 6 + 2;num++;}cout << “\n 系统生成数据结束,模拟数据如下:” << endl<< “线程号线程类别延迟时间操作时间” << endl;for (int _ = 0;_ < THREADS_COUNT;_++)cout << “” << thread_info[_].serial << “\t”<< “” << thread_info[_].entity << “\t”<< “” << thread_info[_].delay << “\t\t”<< “” << thread_info[_].persist << endl;cout << “\n\n==================生产者-消费者开始==================\n” << endl;//创建线程for (int i = 0;i < THREADS_COUNT;i++){//创建生产者线程if (thread_info[i].entity == "P")hThreads[i] = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)(Producer), ;thread_info[i], 0, ;thread_ID);//创建消费者线程elsehThreads[i] = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consumer), ;thread_info[i], 0, ;thread_ID);}while (running){if (getchar){//按回车后终止程序运行running = false;}}cout << “系统模拟结束...” << endl; } int main {cout << “\n==================生产者-消费者模拟==================\n” << endl;prod_cons; }五、实验过程1、记录生产者和消费者的同步执行过程。

操作系统 实验三 进程同步

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

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。

进程同步实验报告

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

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。

进程同步实验报告

进程同步实验报告

中北大学软件学院实验报告专 业: 软件工程方 向: 软件开发与测试课程名称: 操作系统班 级:学 号:姓 名:辅导教师:2017年9月制成绩:实验时间2017年11月5日8时至10时学时数22学时1.实验名称进程同步2.实验内容编程实现生产者-消费者问题的模拟。

3.基本要求1.生产者消费者对缓冲区进行互斥操作。

2. 缓冲区大小为10,缓冲区满则不允许生产者生产数据,缓冲区空则不允许消费者消费数据。

3. 生产者消费者各循环操作10次。

4. 实验原理或流程图生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题,该问题最早由Dijkstra提出,用以演示他提出的信号量机制。

在同一个进程地址空间内执行的两个线程。

生产者线程生产物品,然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。

消费者线程从缓冲区中获得物品,然后释放缓冲区。

当生产者线程生产物品时,如果没有空缓冲区可用,那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。

当消费者线程消费物品时,如果没有满的缓冲区,那么消费者线程将被阻塞,直到新的物品被生产出来。

5.源程序#i n c l u d e<s t d i o.h>#i n c l u d e<p t h r e a d.h>#i n c l u d e<s e m a p h o r e.h>#i n c l u d e<u n i s t d.h>v o i d*p r o d u c t e r_f(v o i d*a r g);v o i d*c o n s u m e r_f(v o i d*a r g);s e m_t e m p t y;//信号量e m p t ys e m_t f u l l;//信号量f u l li n t r u n n i n g=1;i n t a p p l e_n u m=0;i n t m a i n(v o i d){p t h r e a d_t c o n s u m e r_t;//消费者p t h r e a d_t p r o d u c t e r_t;//生产者//p s h a r e d表示信号量共享类型, 为0时,表示只能在当前进程的//多个线程之间共享,不为0时,是可以和其他进程间共享该信号量//使用信号量,用来协作生产者和消费者的顺序,即实现同步效果s e m_i n i t(&e m p t y,0,1);//初始化e m p t y信号量s e m_i n i t(&f u l l,0,0);//初始化f u l l信号量p t h r e a d_c r e a t e(&c o n s u m e r_t,N U L L,c o n s u m e r_f,(v o i d*)&r u n n i n g); //创建消费者线程p t h r e a d_c r e a t e(&p r o d u c t e r_t,N U L L,p r o d u c t e r_f,(v o i d*)&r u n n i n g);//创建生产者线程//s l e e p(1);//睡眠3秒u s l e e p(1000);//睡眠10微秒r u n n i n g=0;p t h r e a d_j o i n(c o n s u m e r_t,N U L L);p t h r e a d_j o i n(p r o d u c t e r_t,N U L L);s e m_d e s t r o y(&e m p t y);s e m_d e s t r o y(&f u l l);r e t u r n0;}v o i d*p r o d u c t e r_f(v o i d*a r g){w h i l e(*(i n t*)a r g){s e m_w a i t(&e m p t y);a p p l e_n u m++;p r i n t f("p r o d u c t e r生产第%d个香蕉\n",a p p l e_n u m);s e m_p o s t(&f u l l);u s l e e p(1);}}v o i d*c o n s u m e r_f(v o i d*a r g){w h i l e(*(i n t*)a r g){s e m_w a i t(&f u l l);p r i n t f("c o n s u m e r消费第%d个香蕉\n",a p p l e_n u m);s e m_p o s t(&e m p t y);u s l e e p(1);}}6.运行截图7.实验心得本次实验学习了进程的同步问题,进程是计算机操作系统重要的一个功能,学好进程才能学好其他。

进程同步:实验报告

进程同步:实验报告

1.实验内容(进程的同步)(1)阅读理解示例程序。

(2)说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题,并设计实验验证(3) 参照教材修改为N个生产者和1个消费者问题(4) 思考N个生产者和M个消费者问题的解决方案(不要求)(5) 利用信号量解决同步问题。

2.实验目的通过程序模拟及验证生产者消费者问题等经典问题,深入理解并发中的同步和互斥的概念3.实验原理(1)进程概念:(1.定义:程序的一次执行过程(2.三种基本状态:就绪状态,执行状态,阻塞状态(2)进程同步:(1.定义:并发进程在执行次序上的协调,以达到有效的资源共享和相互合作,使程序执行有可再现性。

(2.两种形式的制约关系:(一:资源共享关系:进程间接制约,需互斥地访问临界资源。

)、(二:相互合作关系:进程直接制约)(3.临界资源:一次仅允许一个进程访问的资源,引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。

(3)信号量:定义一个用于表示资源数目的整型量S,它与一般的整型量不同,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,俗称P,V操作。

通俗来讲就是用P来访问资源后减去一个单位资源,用V操作来释放一个单位资源就是现有资源上加一个单位资源。

4.实验内容一:说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题,并设计实验验证答:示例程序不能解决多个生产者和消费者的问题,它是解决单个消费者和生产者的。

如果可以就要修改代码,如“二”所说。

二:多个消费者和生产者的问题如上图所示:如果要解决多个生产者和消费者的问题:第一步:分析上图得出了两种关系,分别是异步和同步的关系第二步:异步关系的是生产者和生产者之间的,因为同一时刻只能有一个生产者访问缓冲区,所以我们就可以设置临界资源.获得临界资源的生产者才能把产品放到缓冲区里第三步:同步关系有两个,首先是生产者和缓冲区之间,再是缓冲区和消费者之间。

他们都满足一前一后的关系,即当缓冲区空间未满时,生产者才可以放产品;缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。

进程的同步实验报告

进程的同步实验报告

操作系统实验报告哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院进程的同步一.实验概述1.实验名称:进程的同步2.实验目的:1)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;2)调试跟踪EOS 信号量的工作过程,理解进程同步的原理;3)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。

3.实验类型:验证+设计4.实验内容:1)准备实验2)使用EOS 的信号量解决生产者-消费者问题3)调试EOS 信号量的工作过程4)修改EOS 的信号量算法二.实验环境操作系统:windows XP编译器:Tevalaton OS Lab语言:C三.实验过程1.设计思路和流程图2.实验过程1)准备实验,启动OS Lab,新建一个EOS Kernel项目和EOS应用程序,将EOS Kernel 项目中生成的SDK文件覆盖到ROS应用程序项目文件夹中的SDK文件夹;2)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EOSApp.c文件中的代码,并生成项目,启动调试,忽略调试的异常,立即激活虚拟机窗口中查看生产者-消费者同步执行的过程,结束此次调试;3)信号量结构体(SEMAPHORE)中的各个成员变量是由API 函数CreateSemaphore 的对应参数初始化的。

创建信号量,启动调试EOS应用程序,在OS Lab弹出的调试异常对话框中选择“是”,进入异常调试,在main函数中创建Empty信号量的代码行添加断点;EmptySemaphoreHandle = CreateSemaphore(BUFFER_SIZE, BUFFER_SIZE, NULL);4)启动调试,逐语句调试进入CreateSemaphore 函数。

可以看到此API 函数只是调用了EOS内核中的PsCreateSemaphoreObject 函数来创建信号量对象,继续逐语句调试试进入semaphore.c 文件中的PsCreateSemaphoreObject 函数。

实验二进程同步实验报告

实验二进程同步实验报告

实验二进程同步一、实验目的:掌握基本的同步算法,理解经典进程同步问题的本质;学习使用Linux的进程同步机制,掌握相关API的使用方法;能利用信号量机制,采用多种同步算法实现不会发生死锁的哲学家进餐程序。

二、实验平台:虚拟机:VMWare12操作系统:kali linux编辑器:Gedit编译器:Gcc三、实验内容:(1)以哲学家进餐模型为依据,在Linux控制台环境下创建5个进程,用semget函数创建一个信号量集(5个信号量,初值为1),模拟哲学家的思考和进餐行为:每一位哲学家饥饿时,先拿起左手筷子,再拿起右手筷子;筷子是临界资源,为每一支筷子定义1个互斥信号量;想拿到筷子需要先对信号量做P操作,使用完释放筷子对信号量做V操作。

伪代码描述:semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};•第i位哲学家的活动可描述为:do{printf("%d is thinking\n",i);printf("%d is hungry\n",i);wait(chopstick[i]); //拿左筷子wait(chopstick[(i+1) % 5]); //拿右筷子printf("%d is eating\n",i);signal(chopstick[i]); //放左筷子signal(chopstick[(i+1) % 5]); //放右筷子…}while[true];运行该组进程,观察进程是否能一直运行下去,若停滞则发生了什么现象?并分析原因。

(2)解决哲学家进餐问题可采用如下方法:a.仅当哲学家的左、右两只筷子均可用时,才允许他拿起筷子进餐;b.至多只允许有4位哲学家同时去拿左边的筷子,最终能保证至少有一位哲学家能够进餐;c.规定奇数号哲学家先拿起他左手的筷子,然后再拿起他右手的筷子,而偶数号哲学家则先拿起他右手的筷子,然后再拿起他左手的筷子。

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

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。

进程的同步实验报告

进程的同步实验报告

进程的同步实验报告进程的同步实验报告引言:进程同步是操作系统中一个重要的概念,它涉及到多个进程之间的协调和合作。

在本次实验中,我们将通过一个简单的实例来探讨进程同步的概念和实现方式。

实验目的:通过实验,我们的目标是理解进程同步的概念,学习常见的同步机制,并通过编程实现一个简单的同步问题。

实验环境:本次实验使用了C语言作为编程语言,并在Linux操作系统上进行。

实验过程:我们的实验场景是一个餐厅,有一个厨师和多个服务员。

厨师负责烹饪菜品,服务员负责上菜给客人。

我们需要实现的是,服务员只有在厨师烹饪好一道菜之后才能上菜,否则需要等待。

首先,我们使用互斥锁来实现进程间的同步。

互斥锁是一种常见的同步机制,它可以确保在同一时间只有一个进程可以访问共享资源。

在我们的实验中,厨师和服务员都需要访问菜品资源,因此我们为菜品资源添加了一个互斥锁。

接下来,我们使用条件变量来实现进程间的等待和唤醒操作。

条件变量是一种同步机制,它可以让进程在某个条件满足时等待,直到被唤醒。

在我们的实验中,服务员需要等待厨师烹饪好菜品之后才能上菜,因此我们创建了一个条件变量,并在服务员的代码中使用了等待和唤醒操作。

实验结果:经过实验,我们成功地实现了进程间的同步。

在我们的实验场景中,厨师会不断地烹饪菜品,并在烹饪完成后通知服务员上菜。

服务员会等待厨师的通知,然后上菜给客人。

通过互斥锁和条件变量的使用,我们保证了服务员只会在厨师烹饪完成后才会上菜,避免了资源竞争和错误的上菜行为。

讨论与总结:通过本次实验,我们深入理解了进程同步的概念和实现方式。

互斥锁和条件变量是常见的同步机制,它们可以有效地解决进程间的竞争和协调问题。

在实际的操作系统中,进程同步是一个非常重要的概念,它保证了多个进程之间的正确执行和合作。

然而,进程同步也可能引发一些问题。

例如,如果互斥锁的使用不当,可能会导致死锁的发生。

死锁是一种进程无法继续执行的状态,它会导致系统的停滞。

进程同步:实验报告

进程同步:实验报告

1.实验内容(进程的同步)(1)阅读理解示例程序。

(2)说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题,并设计实验验证(3) 参照教材修改为N个生产者和1个消费者问题(4) 思考N个生产者和M个消费者问题的解决方案(不要求)(5) 利用信号量解决同步问题。

2.实验目的通过程序模拟及验证生产者消费者问题等经典问题,深入理解并发中的同步和互斥的概念3.实验原理(1)进程概念:(1.定义:程序的一次执行过程(2.三种基本状态:就绪状态,执行状态,阻塞状态(2)进程同步:(1.定义:并发进程在执行次序上的协调,以达到有效的资源共享和相互合作,使程序执行有可再现性。

(2.两种形式的制约关系:(一:资源共享关系:进程间接制约,需互斥地访问临界资源。

)、(二:相互合作关系:进程直接制约)(3.临界资源:一次仅允许一个进程访问的资源,引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。

(3)信号量:定义一个用于表示资源数目的整型量S,它与一般的整型量不同,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,俗称P,V操作。

通俗来讲就是用P来访问资源后减去一个单位资源,用V操作来释放一个单位资源就是现有资源上加一个单位资源。

4.实验内容一:说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题,并设计实验验证答:示例程序不能解决多个生产者和消费者的问题,它是解决单个消费者和生产者的。

如果可以就要修改代码,如“二”所说。

二:多个消费者和生产者的问题如上图所示:如果要解决多个生产者和消费者的问题:第一步:分析上图得出了两种关系,分别是异步和同步的关系第二步:异步关系的是生产者和生产者之间的,因为同一时刻只能有一个生产者访问缓冲区,所以我们就可以设置临界资源.获得临界资源的生产者才能把产品放到缓冲区里第三步:同步关系有两个,首先是生产者和缓冲区之间,再是缓冲区和消费者之间。

他们都满足一前一后的关系,即当缓冲区空间未满时,生产者才可以放产品;缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。

操作系统-进程管理与进程同步-实验报告

操作系统-进程管理与进程同步-实验报告

实验一、进程管理与进程同步一、实验目的了解进程管理的实现方法,理解和掌握处理进程同步问题的方法。

二、实验内容实现银行家算法、进程调度过程的模拟、读者-写者问题的写者优先算法。

实验步骤:理解安全性算法和银行家算法的核心机制:针对3类资源、5个进程的情况,设计相应的数据结构,分别表示每个进程占用各类资源的情况;编程实现安全性算法函数,编制主函数,动态输入资源的占用情况,进程的资源申请,调用安全性函数,实现银行家算法;测试:输入可分配和不可分配的请求,测试系统的正确性。

三、实验环境Windows 2000;Microsoft Visual C++ 6.0四、程序源码与运行结果银行家算法代码:#include "malloc.h"#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#define alloclen sizeof(struct allocation)#define maxlen sizeof(struct max)#define avalen sizeof(struct available)#define needlen sizeof(struct need)#define finilen sizeof(struct finish)#define pathlen sizeof(struct path)struct allocation{int value;struct allocation *next;};struct max{int value;struct max *next;};struct available /*可用资源数*/{int value;struct available *next;};struct need /*需求资源数*/{int value;struct need *next;};struct path{int value;struct path *next;};struct finish{int stat;struct finish *next;};int main(){int row,colum,status=0,i,j,t,temp,processtest;struct allocation *allochead,*alloc1,*alloc2,*alloctemp;struct max *maxhead,*maxium1,*maxium2,*maxtemp;struct available *avahead,*available1,*available2,*workhead,*work1,*work2,*worktemp,*worktemp1; struct need *needhead,*need1,*need2,*needtemp;struct finish *finihead,*finish1,*finish2,*finishtemp;struct path *pathhead,*path1,*path2;printf("\n请输入系统资源的种类数:");scanf("%d",&colum);printf("请输入现时内存中的进程数:");scanf("%d",&row);printf("请输入已分配资源矩阵:\n");for(i=0;i<row;i++){for (j=0;j<colum;j++){printf("请输入已分配给进程 p%d 的 %c 种系统资源:",i,'A'+j);if(status==0){allochead=alloc1=alloc2=(struct allocation*)malloc(alloclen);alloc1->next=alloc2->next=NULL;scanf("%d",&allochead->value);status++;}else{alloc2=(struct allocation *)malloc(alloclen);scanf("%d,%d",&alloc2->value);if(status==1){allochead->next=alloc2;status++;}alloc1->next=alloc2;alloc1=alloc2;}}}alloc2->next=NULL;status=0;printf("请输入最大需求矩阵:\n");for(i=0;i<row;i++){for (j=0;j<colum;j++){printf("请输入进程 p%d 种类 %c 系统资源最大需求:",i,'A'+j);if(status==0){maxhead=maxium1=maxium2=(struct max*)malloc(maxlen);maxium1->next=maxium2->next=NULL;scanf("%d",&maxium1->value);status++;}else{maxium2=(struct max *)malloc(maxlen);scanf("%d,%d",&maxium2->value);if(status==1){maxhead->next=maxium2;status++;}maxium1->next=maxium2;maxium1=maxium2;}}}maxium2->next=NULL;status=0;printf("请输入现时系统剩余的资源矩阵:\n");for (j=0;j<colum;j++){printf("种类 %c 的系统资源剩余:",'A'+j);if(status==0){avahead=available1=available2=(struct available*)malloc(avalen); workhead=work1=work2=(struct available*)malloc(avalen);available1->next=available2->next=NULL;work1->next=work2->next=NULL;scanf("%d",&available1->value);work1->value=available1->value;status++;}else{available2=(struct available*)malloc(avalen);work2=(struct available*)malloc(avalen);scanf("%d,%d",&available2->value);work2->value=available2->value;if(status==1){avahead->next=available2;workhead->next=work2;status++;}available1->next=available2;available1=available2;work1->next=work2;work1=work2;}}available2->next=NULL;work2->next=NULL;status=0;alloctemp=allochead;maxtemp=maxhead;for(i=0;i<row;i++)for (j=0;j<colum;j++){if(status==0){needhead=need1=need2=(struct need*)malloc(needlen); need1->next=need2->next=NULL;need1->value=maxtemp->value-alloctemp->value;status++;}else{need2=(struct need *)malloc(needlen);need2->value=(maxtemp->value)-(alloctemp->value); if(status==1)needhead->next=need2;status++;}need1->next=need2;need1=need2;}maxtemp=maxtemp->next;alloctemp=alloctemp->next;}need2->next=NULL;status=0;for(i=0;i<row;i++){if(status==0){finihead=finish1=finish2=(struct finish*)malloc(finilen); finish1->next=finish2->next=NULL;finish1->stat=0;status++;}else{finish2=(struct finish*)malloc(finilen);finish2->stat=0;if(status==1){finihead->next=finish2;status++;}finish1->next=finish2;finish1=finish2;}}finish2->next=NULL; /*Initialization compleated*/status=0;processtest=0;for(temp=0;temp<row;temp++){alloctemp=allochead;needtemp=needhead;finishtemp=finihead;worktemp=workhead;for(i=0;i<row;i++)worktemp1=worktemp;if(finishtemp->stat==0){for(j=0;j<colum;j++,needtemp=needtemp->next,worktemp=worktemp->next) if(needtemp->value<=worktemp->value)processtest++;if(processtest==colum){for(j=0;j<colum;j++){worktemp1->value+=alloctemp->value;worktemp1=worktemp1->next;alloctemp=alloctemp->next;}if(status==0){pathhead=path1=path2=(struct path*)malloc(pathlen);path1->next=path2->next=NULL;path1->value=i;status++;}else{path2=(struct path*)malloc(pathlen);path2->value=i;if(status==1){pathhead->next=path2;status++;}path1->next=path2;path1=path2;}finishtemp->stat=1;}else{for(t=0;t<colum;t++)alloctemp=alloctemp->next;finishtemp->stat=0;}}elsefor(t=0;t<colum;t++){needtemp=needtemp->next;alloctemp=alloctemp->next;}processtest=0;worktemp=workhead;finishtemp=finishtemp->next;}}path2->next=NULL;finishtemp=finihead;for(temp=0;temp<row;temp++){if(finishtemp->stat==0){printf("\n系统处于非安全状态!\n"); exit(0);}finishtemp=finishtemp->next;}printf("\n系统处于安全状态.\n"); printf("\n安全序列为: \n");do{printf("p%d ",pathhead->value);}while(pathhead=pathhead->next);printf("\n");return 0;}运行结果:备注:输入数据为P110 银行家算法之例所用数据《计算机操作系统》(第三版)西安电子科技大学出版社银行家算法原理说明:银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。

进程同步实验报告

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

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。

进程同步实验报告

进程同步实验报告
2.设计过程:
设置司机与售票员的信号量为全局变量,并客车的人数:现在人数、下车人数、上车人数为全局变量;设置司机与售票员的线程。考虑到第一站和最后一站的问题,应单独处理,故在各自的线程中分情况讨论:
具体的思路是下面的图示。
还有就是那个下车的人数是随机数,设计时考虑到了人数可能会超过客车的最大上限的问题。
2.程序的实现(代码):
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<windows.h
#define Total_num 60 //客车的最大容量
#define Total_pork 10 //总的站数
//全局变量
int Recent_num=0; //某一时刻的客车上的人数
Recent_num+=Get_on_num;
printf("现在总共有 %d 人在车上。\n",Recent_num);
}
else
{
printf("客车已停止,售票员可以让乘客上下车了。\n");
Get_off_num=Get_random(0,Recent_num);
printf("%d人从第 %d 站下车。\n",Get_off_num,pork);
}
Sleep(1000);
}
return 0;
}
//Conductor的线程
DWORD WINAPI Thread_Conductor(LPVOID Conductor)
{
while(1)
{
if( pork < Total_pork)
{
printf("该站是第 %d 站\n",pork);

北邮大三上-操作系统-进程同步实验报告

北邮大三上-操作系统-进程同步实验报告

操作系统实验二进程同步实验班级:2009211311 学号:姓名:schnee目录1. 实验目的 (2)2. 实验要求 (2)3. 环境说明 (2)4. 实验前期思考 (2)5. 实验知识点储备 (3)5.1.进程 (3)5.2.线程 (3)5.3.同步和互斥 (3)5.4.库函数和类型储备 (4)6. 编程实现: (6)6.1. 调整和框架 (6)6.2. 源程序实现(详细框架见注释) (6)6.3. 实现中遇到过的困难和解决方法 (9)6.4. 运行示例及结果截图 (10)7. 心得和优化 (11)1.实验目的1)理解进程/线程同步的方法,学会运用进程/线程同步的方法解决实际问题;2)了解windows系统或unix/linux系统下中信号量的使用方法。

2.实验要求编写一个有关生产者和消费者的程序:每个生产者每次生产一个产品存入仓库,每个消费者每次从仓库中取出一个产品进行消费,仓库大小有限,每次只能有一个生产者或消费者访问仓库。

要求:采用信号量机制。

3.环境说明此实验采用的是Win7下Code::blocks 10.05编译器,采用Win API的信号量机制编程。

此word实验文档中采用notepad++的语法高亮。

4.实验前期思考可能有多个生产者和消费者。

可以假设输入P表示创建一个生产者线程,输入C表示创建一个消费者线程。

生产者线程等待仓库有空位并且占据此空位,,然后等待仓库的操作权,执行操作,最后释放仓库操作权。

一开始以为是占位的操作在获得操作权后,疑惑:若是等待空位后在等待获得操作权时又没有空位了,岂不是又不能放入了?若是先获得操作权再等空位,则在无空位时会进入无穷等待状态,因为没有人来改变空位个数。

这两个问题如何克服呢?其实第一个疑问是因为我对wait函数的具体操作还有点模糊,实际上wait操作便是一等到空位就顺便占了,而不是我想的等位和占位分离。

而第二个问题自然是不行的,这种操作顺序应该抛弃。

进程同步问题总结报告

进程同步问题总结报告

进程同步问题总结报告一、问题描述进程同步是操作系统中一个重要的问题,它涉及到多个进程在共享资源时如何正确地访问和操作。

在多进程环境中,如果没有正确的同步机制,会导致诸如竞态条件、死锁等问题。

本报告主要探讨进程同步问题及其解决方案。

二、问题分析1. 竞态条件:当多个进程同时访问共享资源,并且至少有一个进程的操作结果被其他进程的操作所覆盖,就会产生竞态条件。

竞态条件可能会导致数据不一致、系统状态不确定等问题。

2. 死锁:死锁是指两个或多个进程在等待对方释放资源,导致系统无法继续执行的情况。

死锁通常是由于资源分配不当、进程请求资源的顺序不一致等原因造成的。

三、解决方案1. 互斥锁(Mutex):互斥锁是一种最基本的同步机制,它允许一个进程在一段时间内独占共享资源。

当一个进程获得互斥锁后,其他进程就不能再获取锁,直到原进程释放锁。

这样可以避免竞态条件。

2. 信号量(Semaphore):信号量是一个计数器,用于控制对共享资源的访问次数。

信号量的值表示当前可用的共享资源数量。

通过调整信号量的值,可以控制进程对共享资源的访问。

3. 条件变量(Condition Variable):条件变量用于进程间的通信,一个进程可以在条件变量上等待,直到另一个进程通过通知操作唤醒它。

条件变量常与互斥锁、信号量等机制结合使用。

4. 读写锁(Read-Write Lock):读写锁允许多个进程同时读取共享资源,但只允许一个进程写入共享资源。

这可以提高并发性能,特别适用于读操作远多于写操作的情况。

5. 栅栏(Barrier):栅栏是一种同步机制,用于确保多个进程在访问共享资源前都达到某一位置。

栅栏类似于一个检查点,所有进程在到达栅栏前都必须等待,直到所有进程都到达栅栏才继续执行。

四、实验结果我们通过实验验证了这些同步机制的正确性和有效性。

实验中,我们设计了一些多进程程序,模拟了竞态条件和死锁情况,然后使用上述同步机制来解决这些问题。

操作系统进程同步实验报告

操作系统进程同步实验报告

操作系统进程同步实验报告本实验旨在通过模拟操作系统中进程的同步问题,加深学生对操作系统中进程同步机制的了解和实践能力。

本次实验分为两个部分,第一个部分是使用信号量实现进程同步,第二个部分是使用管程实现进程同步。

第一部分实验:使用信号量实现进程同步本部分实验的目标是使用信号量来实现进程同步,确保资源的互斥访问。

在Linux系统中,信号量是一种用来控制进程同步的机制,可以用于保证共享资源的互斥访问、避免死锁等问题。

具体实验流程如下:1. 定义一个信号量,用于互斥访问共享资源在Linux系统中,使用semget函数可以创建一个信号量集,使用semctl函数可以对信号量进行控制。

```#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#define KEY 1234 // 定义信号量的键值int semid; // 定义信号量标识符union semun{int val; // 信号量的初始值struct semid_ds *buf; // IPC_STAT, IPC_SET操作时用ushort *array; // GETALL, SETALL操作时用};void init_sem(){int ret;union semun semunion;// 创建信号量semid = semget(KEY, 1, IPC_CREAT | 0666);if(semid == -1){perror("semget error");exit(1);}2. 定义生产者和消费者进程,并使用信号量来实现同步在生产者和消费者进程中,需要先对信号量进行P操作,即申请资源,然后进行对共享资源的操作,最后再对信号量进行V操作,即释放资源。

本实验中,共享资源是一个循环缓冲区,生产者进程向其中写入数据,消费者进程从中读取数据。

进程同步共享实验报告

进程同步共享实验报告

操作系统实验报告实验名称_____进程同步共享_____tEmpty=CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL); //初始信号量为1tFull=CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL); //初始信号量为0FILE *infile=fopen("in.txt","r"); //读文件char buf1,buf2;LPTHREADDATA pData=new THREADDATA; //动态分配内存pData->infile=infile;pData->buf1=&buf1;pData->buf2=&buf2;//创建线程DWORD Threadld1,Threadld2,Threadld3;::CreateThread(NULL,0,put, (LPVOID)pData,0,&Threadld3);::CreateThread(NULL,0,copy,(LPVOID)pData,0,&Threadld2);::CreateThread(NULL,0,get, (LPVOID)pData,0,&Threadld1);Sleep(200);//getch(); //等待子线程fclose(infile); //关闭头文件return 0;}运行结果:【实验小结】(含相关算法流程图,可写多页)程序一中:循环顺序程序的誊抄方案,每次从读卡机输入一个记录并输入到行式打印机,直到输完最后一个数据。

未能充分利用并行过程,系统利用率不高;程序二中:并发程序的誊抄,设定缓冲区,分为输入和输出程序两部分,通过公用一个缓冲区实现誊抄;由于打卡机和打印机速度不同,对程序的执行不加以限制,会出现誊抄覆盖,重复,缺少的问题;程序三中:。

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if((*value)>0) break;
} io_cli(); *value=(*value)-1; io_sti(); } void semsignal(int *value){ io_cli(); *value=(*value)+1; io_sti(); } (6)实验结论 信号量是一种十分有效的解决临界区问题的方法,通过设定不允 许系统中断来有效保证了操作系统不会发生竞争条件,在进程进入临 界区后能阻止其他进程使用变量,在使用结束后能快速选择下一个进 入临界区的进程,信号量有效地解决了临界区难题。
(2)实验说明 原操作系统中并没有对进程的同步机制进行处理,这也就导致了 当系统出现竞争条件时,会导致程序运行结果的错误,本实验首先验 证了原程序不经改进可能会出现的竞争条件错误,然后使用了信号量 实现了生产者消费者问题,运用硬件关中断的方法实现了原子操作, 解决了临界区问题。 (3)实验操作 首先制定生产者消费者算法,启动函数,生产者进入生产,关闭 中断,生产产品,打开中断,进入消费者,关闭中断,消费产品,打 开中断,执行其他操作。 (4)具体实现 首先设置“仓库的大小”为 5,初始为空 进入生产后后,生产者向仓库中写入“Pd:no id”,意为生产出 第 id 号产品放入仓库。
(3)信号量和 TESTANDSET 有什么局限性 答:需要中断 cpu,通过软件的方式实现,必然会影响系统的效 率。 (4)为什么要对自旋锁进行优化 答:在进程等待过程中,进程在不断地等待接受可以执行的信号 ,这样大量的循环操作是的系统负担加重,适当的优化可以有效的提 高系统效率。 (5)内存分配算法优化如何验证 答:首先要看一下内存块的大小分别是多少事实上这里边只有两 个内存块,通过不断地分配内存,查看两种方式所能分配的内存多少 来衡量算法的性能。
们通过算法优化实现等待时间的缩短,提升操作系统的效率。 (2)改进措施
设置循环的睡眠时间,“等一会再敲门”。 睡眠时间可设置随检查次数而减少(aging)。 (3)具体实现 增加睡眠时间新系统模块:sleep_manager 与系统调用 void sleep(task,seconds)实现进程睡眠一定时间的功能。往与 process_ manager 共享的 buffer 中写入任务句柄、睡眠时间,执行睡眠函数, 让当前任务睡眠。循环检测睡眠缓冲区,如果有新的睡眠任务,把该 任务加入到睡眠列表中,并为之创建计时器,检测计时器,根据计时 器唤醒相应任务。
北京邮电大学实验报告
进程同步实验
学院: 计算机学院
科目: 操作系统实验
姓名: 陈星曼 孙博文 周鹏
张建南 何若愚 陈宇
组号:
3
一、实验概述 1. 实验名称 30 天自制操作系统 2. 实验目的 (1)阅读 30 天自制操作系统,理解操作系统的实现原理。 (2)理解操作系统中的竞争条件的产生和带来的问题。 (3)理解如何利用临界区来解决进程间的竞争条件。 (4)对操作系统有从底层向上的认识,再实现由表及里的深入
首先进入哲学家上厕所算法,首先哲学家进行思考,然后某哲学
家开始使用厕所,其他哲学家进入等待,哲学家使用完厕所后,释放
等待变量,其他哲学家开始抢占,选择一个哲学家进行上厕所,其他
进入等待。
(4)实验主要算法 基于 13 天 e 版本
void Toilet() {
while(testandset(lock)){ //the Philosopher is waiting
5
2.TEST&SET 解决哲学家上厕所问题 (1)实验说明
本实验实现了对哲学家上厕所问题的模拟,通过 TEST&SET 的方 法实现了哲学家等待以及抢占的过程,实验中通过对函数的不同传参 ,解决了确定哲学家身份的难题,并设定了验证代码来明显的显示哲 学家等待和抢占的效果。
(2)具体实现 哲学家:思考 3s,上厕所 2s(定时器) 厕所:需要有锁 上厕所动作:如果锁关闭(正在被占用)需要等待,否则占用并 锁门,使用完毕打开锁。 (3)实验操作
} //Philosopher uses toilet for a while Lock=false; }int TestAndSet(int *target) { io_cli(); int rv=*target; *target=1;// 1 means true; io_sti(); return rv; } (5)实验结论
(二)临界区问题:经典问题的解决临界区解决方 1.信号量解决生产者消费者问题 (1)实验流程图
3
准备实验 解决生产者-消费者问题
实现信号量
创建信 号量
等待释放 信号量
等待信号 量(不阻 塞)
释放信号 量(不唤 醒)
等待信号 释放信号 量(阻塞) 量(唤醒)
解决生产者消费者问题
结束实验
图 4-1.整体试验流程图
四. 实验中遇到的问题 (1)如何实现竞争条件 答:通过不断切换进程,增加每个进程内的执行操作数目,使多
次 count 操作发生重叠 (2)思考在信号量中为什么要使用原子操作? 答:在执行等待信号量和释放信号量的时候,是不允许 cpu 响应
外部中断的,如果此时 cpu 响应了外部中断,会产生不可预料的结 果,无法正常完成原子操作。
五.程序运行时的初值和运行结果 1.模拟竞争条件
9
2.生产者消费者问题 3.哲学家上厕所问题
4.内存优化验证: 初始情况
10
最先分配
最优分配
六.实验关键代码(源程序打包在附件中) 1.竞争条件模拟代码
void operate_plus(struct SHEET *sht_back,struct TASK* self) {
探索。 3. 实验类型 设计+验证+优化 4. 实验内容 (1)阅读 30 天自制操作系统,并选择合适版本进行实验。 (2)对原系统的进程同步机制予以修改,实现竞争条件,并通
过信号量解决生产者—消费者问题。 (3)通过 TEST&SET 算法实现哲学家上厕所问题,加深理解进程
同步的原理。 (4)对自旋锁算法进行优化,并对原系统的内存分配机制进行
for (;;) { io_cli(); if (fifo32_status(&fifo) == 0) { io_sti();
} else {
i = fifo32_get(&fifo);
io_sti();
if (i == 1) {
io_cli();
ready = 0;
io_sti();
while(ready == 0){
4
为了使显示效果更加明显,采用定时器的方式,使生产需要一定 时间,且生产之后休息很短时间。
(5)实验主要算法 基于 13 天 c 版本
void Producter() {
//produce items wait(empty); wait(mutex); //add to buffer signal(mutex); signal(full); } void Customer() { wait(full); wait(mutex); //remove an item signal(mutex); signal(empty); } void semwait(int *value){ for(;;){
(3)实验算法实现 void semwait(int *value){
for(;;){ if((*value)>0) break; sleep(thistask,sleeptime); sleeptime-=1;//或者不变
} io_cli(); *value=(*value)-1;
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io_sti(); } (4)实验结论
(2)实验操作 由于模拟器环境下条件有限,为了构造这种情况我们需要很巧妙 的构造内存分配条件。首先分配比第一块内存最大大小大的内存 n 块,直到后一块无法分配再分配很小的内存块系统算法默认是选择最 先找到的,也就是前面一块但这时是后面一块更小,前一块更大,一 旦当分配完这些小的内存后,我们需要一个稍大的内存,本来如果不 把前面的内存分出去,我们的内存是可以分配的,但是前一块分配了 小内存后,产生了很多的内存碎片,这也就是让这一块内存无法分配 而我们的算法则可以最优分配,直到系统每一块都无法分配内存。
通过适当的 sleep 操作,aging 算法明显节约 cpu 等待时间,提 升了系统效率。对系统其它模块,如鼠标操作流畅度等都有了明显的 提升。
2.内存分配算法优化 (1)实验说明:原算法使用了最先选择算法,这种算法效率高,
运行速度快,但在某些情况下会产生很多的碎片,一旦碎片过多会导 致后续的内存无法分配,最终引起系统的异常,在此我们对最先算法 进行了修改,使用了最优的算法,为了区分这两种算法的区别,我们 设计实验来验证在不同情况下两种算法的区别。
优化,操作系统性能上的提高。
二、实验环境 WindowsXP(Windows7,8.1) + QEMU 模拟器
三、实验过程 (一)竞争条件的实现
1.问题的提出 临界区问题是嵌入式软件编程一个不得不面对的关键性问题。特 别对于底层驱动,代码在内存中只有一份,上层的多任务或者多进 程,都会对同一个驱动去访问,这样不可避免的遇到了任务之间打架 的问题,首先我们基于原操作系统实现竞争条件,通过大量的 count ++,count--操作增加碰撞几率。 2.实现算法: Proc 1: i++ for 100000 times Proc 2:
2
i-- for 100000 times 如果不出现错误结果应该是 0,如果结果非 0 则意味着出现错误。
3.如何观察 为了方便观察我们把++ 和 -- 的数目增加,通过把 i++对应指 令数目增加(i+i-i+i-i……),并通过设置优先级(减少时间片) 来实现更快速的进程切换,最后设置大量循环,多次模拟此过程(自 定义同步算法:ready=1 0 -1),以实现更容易观察竞争条件的目的 。 4.思路:原子操作的实现 算法:通过查找资料我们可以看到,临界区问题的解决算法有信 号量等,实现也有硬件和软件之分。 在当前的实验环境下,CPU 关中断可以使任务不会被抢,从而保 证操作的原子性;Test&Set 等特殊指令也可以实现,但是在当前指 令集中不存在。 上面的开关中断针对的是单 cpu,针对多 cpu 的解决方式比较复 杂,这里就不再展开。
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