多线程编程实验_进程-线程的同步
实验1编程实现进程(线程)同步和互斥
实验1编程实现进程（线程）同步和互斥一、实验目的①通过编写程序实现进程同步和互斥，使学生掌握有关进程（线程）同步与互斥的原理，以及解决进程（线程）同步和互斥的算法，从而进一步巩固进程（线程）同步和互斥②等有关的内容。
③了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。
④学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的⑤API函数。
⑥掌握进程和线程的概念，进程（线程）的控制原语或系统调用的使用。
⑦掌握多道程序设计的基本理论、方法和技术，培养学生多道程序设计的能力。
二、实验内容在Windows XP、Windows 2000等操作系统下，使用的VC、VB、java或C等编程语言，采用进程（线程）同步和互斥的技术编写程序实现生产者消费者问题或哲学家进餐问题或读者-写者问题或自己设计一个简单进程（线程）同步和互斥的实际问题。
三、实验要求①经调试后程序能够正常运行。
②采用多进程或多线程方式运行，体现了进程（线程）同步和互斥的关系。
③程序界面美观。
四、实验步骤、过程让写者与读者、读者与读者之间互斥的访问同一数据集，在无写者进程到来时各读者可同时的访问数据集，在读者和写者同时等待时写者优先唤醒。
设置两个全局变量readcount 和writecount来记录读者与写者的数目，设置了3个信号量。
h_mutex1表示互斥对象对阻塞在read这一个过程实现互斥，h_mutex2实现全局变量readcount操作上的互斥，h_mutex3实现对全局变量writecount的互斥访问。
设置了两个临界区，为了实现写者优先，用了临界区read。
数据结构：（1）用了两个临界区（2）自定义结构ThreadInfo记录一条线程信息，多个线程对应一个ThreadInfo数组。
（3）设置了互斥量h_mutex1，实现了互斥对象对阻塞read这一过程，h_mutex2实现对readcount操作的互斥，h_mutex3实现对writecount的互斥访问。
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。
多线程同步的实现方法
多线程同步的实现方法在多线程编程中，为了保证数据的正确性和程序的稳定性，需要使用同步机制来控制不同线程之间对共享资源的访问。
本文将介绍几种常见的多线程同步实现方法。
一、互斥锁互斥锁是最基本也是最常用的一种同步机制。
它通过对共享资源加锁来防止其他线程同时访问该资源，从而避免数据竞争和冲突问题。
当一个线程获得了该锁后，其他想要访问该资源的线程就必须等待其释放锁才能进行操作。
在C++11标准中提供了std::mutex类作为互斥量，在使用时可以调用lock()函数获取锁并执行相应操作，再调用unlock()函数释放锁。
需要注意的是，在使用时应尽可能缩小临界区范围以提高效率，并确保所有涉及到共享资源修改或读取操作都被包含在临界区内。
二、条件变量条件变量通常与互斥锁结合起来使用，用于协调不同线程之间对某个事件或状态变化进行响应和处理。
当某个条件满足时（如队列非空），唤醒等待该条件变量上阻塞着的一个或多个进入等待状态（wait）的进程，使其重新参与竞争获取所需资源。
C++11标准库中提供了std::condition_variable类作为条件变量，在使用前需要先创建一个std::unique_lock对象并传递给wait()函数以自动解除已有lock对象，并将当前进入等待状态直至被唤醒；notify_one() 和 notify_all() 函数则分别用于唤醒单个或全部处于等待状态下面向此条件变量发出请求者。
三、信号量信号量是一种更复杂但功能更强大的同步机制。
它通过计数器记录可用资源数量，并根据计数器值判断是否允许新建任务运行或者挂起正在运行任务以便其他任务可以获得所需资源。
其中P(Proberen)表示申请/获取信号灯, V(Verhogen)表示释放/归还信号灯.C++11标准库没有直接支持Semaphore,但我们可以利用mutex+condition_variable模拟实现Semaphore. 其核心思想就是：定义两个成员属性count_ 和 mutex_, count_ 表示当前可申请 Semaphore 的数量 , mutex_ 是 std::mutex 类型 , 定义两个成员方法 wait(), signal(). 四、原子操作原子操作指不能被打断、干扰或交错执行影响结果正确性的操作。
多线程程序实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解多线程的概念和作用。
2. 掌握多线程的创建、同步和通信方法。
3. 熟悉Java中多线程的实现方式。
4. 提高程序设计能力和实际应用能力。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 开发工具：IntelliJ IDEA3. 编程语言：Java三、实验内容本次实验主要完成以下任务：1. 创建多线程程序，实现两个线程分别执行不同的任务。
2. 使用同步方法实现线程间的同步。
3. 使用线程通信机制实现线程间的协作。
四、实验步骤1. 创建两个线程类，分别为Thread1和Thread2。
```javapublic class Thread1 extends Thread {@Overridepublic void run() {// 执行Thread1的任务for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("Thread1: " + i);}}}public class Thread2 extends Thread {@Overridepublic void run() {// 执行Thread2的任务for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("Thread2: " + i);}}}```2. 创建一个主类，在主类中创建两个线程对象，并启动它们。
```javapublic class Main {public static void main(String[] args) {Thread thread1 = new Thread1();Thread thread2 = new Thread2();thread1.start();thread2.start();}```3. 使用同步方法实现线程间的同步。
```javapublic class SynchronizedThread extends Thread {private static int count = 0;@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {synchronized (SynchronizedThread.class) {count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + count);}}}}public class Main {public static void main(String[] args) {Thread thread1 = new SynchronizedThread();Thread thread2 = new SynchronizedThread();thread1.start();thread2.start();}```4. 使用线程通信机制实现线程间的协作。
多线程同步的几种方法
多线程同步的几种方法
多线程同步的几种方法主要包括临界区、互斥量、信号量、事件和读写锁等。
这些方法可以有效地控制多个线程对共享资源的访问，避免出现数据不一致和线程冲突的问题。
1．临界区：通过临界区实现多个线程对某一公共资源或一段代码的串行访问，可以保证某一时刻只有一个线程访问某一资源，速度快，适合控制数据的访问。
2．互斥量：互斥量是最简单的同步机制，即互斥锁。
多个进程（线程）均可以访问到一个互斥量，通过对互斥量加锁，从而来保护一个临界区，防止其它进程（线程）同时进入临界区，保护临界资源互斥访问。
3．信号量：信号量可以控制有限用户对同一资源的的访问而设计。
4．事件：通过通知线程的有一些事件已经发生，从而可以启动后续的任务执行。
5．读写锁：读写锁适合于使用在读操作多、写操作少的情况，比如数据库。
读写锁读锁可以同时加很多，但是写锁是互斥的。
当有进程或者线程要写时，必须等待所有的读进程或者线程都释放自己的读锁方可以写。
数据库很多时候可能只是做一些查询。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业编程技术
人员。
多线程之线程同步的方法（7种）
多线程之线程同步的⽅法（7种）同步的⽅法：⼀、同步⽅法 即有synchronized关键字修饰的⽅法。
由于java的每个对象都有⼀个内置锁，当⽤此关键字修饰⽅法时，内置锁会保护整个⽅法。
在调⽤该⽅法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。
注： synchronized关键字也可以修饰静态⽅法，此时如果调⽤该静态⽅法，将会锁住整个类。
⼆、同步代码块 即有synchronized关键字修饰的语句块。
被该关键字修饰的语句块会⾃动被加上内置锁，从⽽实现同步代码如：synchronized(object){}注：同步是⼀种⾼开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。
通常没有必要同步整个⽅法，使⽤synchronized代码块同步关键代码即可。
package com.xhj.thread;/*** 线程同步的运⽤** @author XIEHEJUN**/public class SynchronizedThread {class Bank {private int account = 100;public int getAccount() {return account;}/*** ⽤同步⽅法实现** @param money*/public synchronized void save(int money) {account += money;}/*** ⽤同步代码块实现** @param money*/public void save1(int money) {synchronized (this) {account += money;}}}class NewThread implements Runnable {private Bank bank;public NewThread(Bank bank) {this.bank = bank;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {// bank.save1(10);bank.save(10);System.out.println(i + "账户余额为：" + bank.getAccount());}}}/*** 建⽴线程，调⽤内部类*/public void useThread() {Bank bank = new Bank();NewThread new_thread = new NewThread(bank);System.out.println("线程1");Thread thread1 = new Thread(new_thread);thread1.start();System.out.println("线程2");Thread thread2 = new Thread(new_thread);thread2.start();}public static void main(String[] args) {SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();eThread();}}=====================================⽰例加讲解同步是多线程中的重要概念。
C#实现多线程的同步方法详解
C#实现多线程的同步⽅法详解本⽂主要描述在C#中线程同步的⽅法。
线程的基本概念⽹上资料也很多就不再赘述了。
直接接⼊主题，在多线程开发的应⽤中，线程同步是不可避免的。
在.Net框架中，实现线程同步主要通过以下的⼏种⽅式来实现，在MSDN的线程指南中已经讲了⼏种，本⽂结合作者实际中⽤到的⽅式⼀起说明⼀下。
1. 维护⾃由锁(InterLocked)实现同步2. 监视器（Monitor）和互斥锁（lock）3. 读写锁（ReadWriteLock)4. 系统内核对象1) 互斥(Mutex), 信号量(Semaphore), 事件(AutoResetEvent/ManualResetEvent)2) 线程池除了以上的这些对象之外实现线程同步的还可以使⽤Thread.Join⽅法。
这种⽅法⽐较简单，当你在第⼀个线程运⾏时想等待第⼆个线程执⾏结果，那么你可以让第⼆个线程Join进来就可以了。
⾃由锁(InterLocked)对⼀个32位的整型数进⾏递增和递减操作来实现锁，有⼈会问为什么不⽤++或--来操作。
因为在多线程中对锁进⾏操作必须是原⼦的，⽽++和--不具备这个能⼒。
InterLocked类还提供了两个另外的函数Exchange, CompareExchange⽤于实现交换和⽐较交换。
Exchange操作会将新值设置到变量中并返回变量的原来值: int oVal = InterLocked.Exchange(ref val, 1)。
监视器(Monitor)在MSDN中对Monitor的描述是: Monitor 类通过向单个线程授予对象锁来控制对对象的访问。
Monitor类是⼀个静态类因此你不能通过实例化来得到类的对象。
Monitor 的成员可以查看MSDN，基本上Monitor的效果和lock是⼀样的，通过加锁操作Enter设置临界区，完成操作后使⽤Exit操作来释放对象锁。
不过相对来说Monitor的功能更强，Moniter可以进⾏测试锁的状态，因此你可以控制对临界区的访问选择，等待or离开, ⽽且Monitor还可以在释放锁之前通知指定的对象，更重要的是使⽤Monitor可以跨越⽅法来操作。
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。
c++线程同步的几种方法
c++线程同步的几种方法在多线程编程中，线程同步是一个关键问题，它涉及到不同线程之间的数据访问和操作。
如果不正确地处理同步，可能会导致数据不一致、竞态条件等问题。
在 C 语言中，有多种方法可以实现线程同步，下面我们将介绍几种常用的方法。
1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种常用的线程同步机制，它用于保护共享资源，防止多个线程同时访问和修改同一资源，导致数据不一致。
在使用互斥锁时，必须确保每次只有一个线程能够获得锁，并在完成后释放锁，以避免死锁。
示例代码：```cmutex_t mutex;void* threadFunction(void* arg) {mutex_lock(&mutex); // 获取锁// 访问或修改共享资源mutex_unlock(&mutex); // 释放锁return NULL;}```2. 信号量（Semaphore）信号量是一种用于控制线程数目的同步机制，通常用于限制同时执行的线程数。
它是一个计数器，可以用于表示可以同时执行线程的数目。
当请求的线程数目超过信号量的值时，只有部分线程能够被允许执行。
示例代码：```csem_t semaphore;void* threadFunction(void) {sem_wait(&semaphore); // 等待信号量释放// 执行线程任务return NULL;}```3. 条件变量（Condition Variable）条件变量是一种特殊的同步机制，它允许一个或多个线程在特定条件下等待其他线程的操作。
它通常与互斥锁和信号量一起使用，以实现更复杂的同步逻辑。
示例代码：```ccondition_t condition;void* threadFunction(void) {while (!condition_wait(&condition)) {// 等待条件满足}// 执行线程任务condition_signal(&condition); // 通知其他等待的线程return NULL;}```以上是 C 语言中几种常用的线程同步方法。
操作系统实验：线程的同步
回null，还可以调用函数GEtLastError（）查询失败的原因。
回null，还可以调用函数GEtLastError（）查询失败的原因。
(7).参照实验指导学习函数原型--OpenSemaphore()
HANDLE OpenSemaphore（
DWORD dwDesidedAccess，
//访问标志
<2> *lpHandles：指向对象句柄数组的指针。
<3> fWAitAll：等待类型。若存为true，当由lpHandles数组指定的所有对象被唤醒时函数返回；若为FALSE，当由lpHandles数组制定的某一个对象被唤醒时函
数返回，且有返回值说明事由哪个对象引起的函数返回。
<4> dwMilliseconds ：等待时间。单位为ms。若该值为0，函数测试对象的状态后立即返回；若为INFINITE,函数一直等待下去，直到收到一个信号将其唤醒。
(4).参照实验指导学习函数原型--WaitForSingleObject()
DWORD WaitForSingleObject（
HANDLE hHandle，
//对象句柄
DWORD dwMilliseconds //等待时间
）；
参数说明：
<1> hHandle：等待对象的对象句柄。该对象句柄必须为SYNCHRONIZE（[ˈsɪŋkrənaɪz]，同步）访问。
<2> dwMilliseconds：等待时间，单位为ms。若改值为0，函数在测试对象的状态后立即返回，若为INFINITE（无限的），函数一直等待下去，直到收到一个信
号将其唤醒，如表2-1所示。
返回值： 如果返回成功，其返回值说明是何种事件导致函数返回。
实验三 Windows 2000线程同步
OpenEvent()
SetEvent()
ResetEvent()
将手工重置事件转化为非接受信号状态
PulseEvent()
将自动重置事件对象转化为已接受信号状 态。当系统释放所有的等待它的线程时此 种转化立即发生
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) 。
// 创建子进程 if (:: CreateChild()) { std :: cout << " chlid created" << std :: endl; // 等待，直到子进程发出信号 std :: cout << "Parent waiting on child." << std :: endl; :: WaitForSingleObject(hEventContinue, INFINITE); :: Sleep(1500); } // 删去这句试试 std :: cout << "parent received the envent signaling from child" << std :: endl;
}
// 解除程序释放对对象的引用 virtual ~CCountUpDown() { :: CloseHandle(m_hThreadInc) ; :: CloseHandle(m_hThreadDec) ; :: CloseHandle(m_hMutexValue) ; }
进程线程同步的方式和机制，进程间通信
进程线程同步的⽅式和机制，进程间通信/deppcyan/article/details/8169526⼀、进程/线程间同步机制。
临界区、互斥区、事件、信号量四种⽅式临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件（Event）的区别1、临界区：通过对多线程的串⾏化来访问公共资源或⼀段代码，速度快，适合控制数据访问。
在任意时刻只允许⼀个线程对共享资源进⾏访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有⼀个线程进⼊后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并⼀直等到进⼊临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。
2、互斥量：采⽤互斥对象机制。
只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有⼀个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。
互斥不仅能实现同⼀应⽤程序的公共资源安全共享，还能实现不同应⽤程序的公共资源安全共享 .互斥量⽐临界区复杂。
因为使⽤互斥不仅仅能够在同⼀应⽤程序不同线程中实现资源的安全共享，⽽且可以在不同应⽤程序的线程之间实现对资源的安全共享。
3、信号量：它允许多个线程在同⼀时刻访问同⼀资源，但是需要限制在同⼀时刻访问此资源的最⼤线程数⽬ .信号量对象对线程的同步⽅式与前⾯⼏种⽅法不同，信号允许多个线程同时使⽤共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。
它指出了同时访问共享资源的线程最⼤数⽬。
它允许多个线程在同⼀时刻访问同⼀资源，但是需要限制在同⼀时刻访问此资源的最⼤线程数⽬。
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。
信号量S是⼀个整数，S⼤于等于零时代表可供并发进程使⽤的资源实体数，但S⼩于零时则表⽰正在等待使⽤共享资源的进程数。
P操作申请资源： （1）S减1； （2）若S减1后仍⼤于等于零，则进程继续执⾏； （3）若S减1后⼩于零，则该进程被阻塞后进⼊与该信号相对应的队列中，然后转⼊进程调度。
实验二-----进程的同步
实验二：编程实现经典互斥和同步问题1．实验目的：加深对信号量、PV操作、进程同步和互斥等概念的理解，掌握PV操作的具体实现方法，熟练掌握进程同步和互斥的实现办法，能利用信号量机制解决实际生活中的同步和互斥问题。
2．实验内容（1）、编程实现P操作原语、V操作原语，（2）、用所定义的PV操作解决下面的问题：设学院某教室共有座位30个，任何时刻最多可容纳30名同学进入自习，当教室内人数少于30名时，则教室外等待的同学可立即进入，否则需在外面等待。
把一个欲进入教室自习的同学看作一个进程。
3、实验具体内容和步骤的说明（1）用户进程的定义（2）信号量的定义及初始化（3）PV操作的定义P操作顺序执行下述两个动作：①信号量的值减1，即S=S-1；②如果S≥0，则该进程继续执行(挂入就绪队列)；如果S＜0，则把该进程的状态置为阻塞态，把相应的PCB连入该信号量队列的末尾，并放弃处理机，进行等待（直至其它进程在S上执行V操作，把它释放出来为止）。
（挂入阻塞队列）V操作顺序执行下述两个动作：①S值加1，即S=S+1；②如果S＞0，则该进程继续运行；（直接挂入就绪队列）如果S≤0，则释放信号量队列上的第一个PCB（即信号量指针项所指向的PCB）所对应的进程（把阻塞态改为就绪态），执行V操作的进程继续运行。
从阻塞队列唤醒一个进程，即从阻塞队列删除，挂入就绪队列（4）写出对应的主函数，解决多名同学之间的同步问题提示：设置2个进程队列，一是已经进入教室的，即就绪队列二是等待进入教室的，即阻塞队列程序：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>typedef struct node{int name; //进程IDchar state;//进程状态struct node *next;}PCB;int s=3;//资源数PCB *stophead=NULL,*stoptail=NULL,*readyhead=NULL,*readytail=NULL;//阻塞就绪队列头尾指针void block(PCB *q)//无资源尾插入阻塞队列{q->state='B';if(stophead==NULL){stophead=q;stoptail=q;}else{stoptail->next=q;stoptail=q;}}void wakeup()//唤醒阻塞队列头节点尾插入就绪队列{stophead->state='R';if(readyhead==NULL){readyhead=stophead;readytail=stophead;stophead=stophead->next;readytail->next=NULL;}else{readytail->next=stophead;readytail=stophead;stophead=stophead->next;readytail->next=NULL;}}void p(PCB *q)//p操作{s=s-1;if(s<0)//无资源则插入阻塞队列block(q);else//尾插入就绪队列{q->state='R';if(readyhead==NULL){readyhead=q;readytail=q;}else{readytail->next=q;readytail=q;}}}int v(int b)//v操作{PCB *q,*pre;if(readyhead==NULL)//无就绪进程返回{printf(" 无就绪进程!\n\n");return 0;}pre=readyhead;q=readyhead;while(q->name!=b)//寻找就绪队列中v操作节点{if(q->next==NULL)//无当前查找节点{printf(" 查无此就绪进程!\n\n");return 1;}pre=q;q=q->next;//查找成功if(readyhead==readytail)//就绪队列仅有一个节点{readyhead=readytail=NULL;free(q);s=s+1;return 0;}else//就绪队列有多个节点{if(q==readyhead){readyhead=readyhead->next;free(q);//释放节点}else if(q==readytail){readytail=pre;pre->next=NULL;free(q);}else{pre->next=q->next;free(q);}s=s+1;if(s<=0)//如有阻塞进程则唤醒加入就绪队列wakeup();return 1;}}void show()//输出当前所有进程状态{PCB *q;q=readyhead;printf("\n");printf(" ID STATE\n");while(q!=NULL)printf("%5d%5c\n",q->name,q->state);q=q->next;}q=stophead;while(q!=NULL){printf("%5d%5c\n",q->name,q->state);q=q->next;}}void main(void){PCB *q;char a;int b;printf("\n剩余资源数%d ",s);printf("PLEASE INPUT:");scanf("%c %d",&a,&b);getchar();//输入当前操作类型进程ID （如p 1）while(a!='0')// （0 0）退出{if(a=='p')//执行p操作{q=(PCB *)malloc(sizeof(PCB));//进程初始化q->name=b;q->next=NULL;p(q);}else if(a=='v')//执行v操作b=v(b);if(b!=0)show();//显示当前进程状态printf("\n剩余资源数%d ",s);printf("PLEASE INPUT:");scanf("%c %d",&a,&b);getchar();}}。
线程的同步和互斥问题
实验二线程的同步和互斥问题一．实验内容：编写程序实现并发线程之间的同步和互斥问题。
线程间的互斥：并发执行的线程共享某些类临界资源，对临界资源的访问应当采取互斥的机制。
线程间的同步：并发执行的线程间通常存在相互制约的关系，线程必须遵循一定的规则来执行，同步机制可以协调相互制约的关系。
二．实验目的和要求1）了解进程同步与互斥的概念，掌握编写进程同步、互斥的实例。
2）解决一类典型的进程间同步问题，如生产者-消费者问题，读者-写者问题等。
三．实验方法和步骤1．实验方法掌握同步与互斥的机制，选取合适的问题，给出演示程序的设计思想，包括流程图的形式；选取C、C++、VC、JA V A等计算机语言，编程调试，最终给出运行正确的程序。
2．程序设计（1）线程间互斥：分析问题，创建多个线程，找出临界资源，划出正确的临界区，根据互斥机制的操作模式，编写程序。
互斥机制的操作模式：p(mutex);/*关锁*/临界区的操作；v(mutex);/*开锁*/（2）线程间同步——读者-写者问题示例：在Windows 2000 环境下，创建一个包含n 个线程的控制台进程。
用这n 个线程来表示n个读者或写者。
每个线程按相应测试数据文件的要求，进行读写操作。
请用信号量机制分别实现读者优先和写者优先的读者-写者问题。
读者-写者问题的读写操作限制：1）写-写互斥；2）读-写互斥；3）读-读允许；运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息，以确信所有处理都遵守相应的读写操作限制。
测试数据文件格式测试数据文件包括n 行测试数据，分别描述创建的n 个线程是读者还是写者，以及读写操作的开始时间和持续时间。
每行测试数据包括四个字段，各字段间用空格分隔。
第一字段为一个正整数，表示线程序号。
第二字段表示相应线程角色，R 表示读者是，W 表示写者。
第三字段为一个正数，表示读写操作的开始时间。
实验一、二(OS)
实验一进程同步和互斥（建议4学时）一、实验目的1．掌握临界资源、临界区概念及并发进程互斥、同步访问原理。
2．学会使用高级语言进行多线程编程的方法。
3．掌握利用VC++或Java语言线程库实现线程的互斥、条件竞争，并编码实现P、V 操作，利用P、V操作实现两个并发线程对有界临界区的同步访问。
4．通过该实验，学生可在源代码级完成进程同步互斥方案的分析、功能设计、编程实现，控制进程间的同步、互斥关系。
二、实验要求1．知识基础：学生应在完成进程和线程及调度等章节的学习后进行。
2．开发环境与工具：硬件平台——个人计算机。
软件平台-Windows操作系统，vc++语言或Java语言开发环境。
3．运用高级语言VC++或Java语言线程库及多线程编程技术进行设计实现。
三、实验内容1．实现临界资源、临界区、进程或线程的定义与创建。
2．利用两个并发运行的进程，实现互斥算法和有界缓冲区同步算法。
四、实验方案指导该实验方案由以下几个关键设计项目组成：1．并发访问出错。
即设计一个共享资源，创建两个并发线程，二者并发访问该共享资源。
当没有采用同步算法设计时，线程所要完成的某些操作会丢失。
2．互斥锁。
并发线程使用线程库提供的互斥锁，对共享资源进行访问。
3．软件方法。
设计并编程实现计数信号量、P操作函数、V操作函数，并发线程通过调用P，V操作函数实现线程的互斥。
4．同步访问多缓冲区。
利用上面的软件方法完成P，V操作，可实现两个线程对多缓冲区的同步访问。
五、实验方案实现范例以下是对该项目中包含的部分设计功能的实现方法、实现过程、技术手段的描述，供师生参考。
1．模拟线程并发运行。
假设我们使用POSIX线程库，而POSIX并没有真正提供线程间的并发运行需求。
我们设计的系统应支持符合RR调度策略的并发线程，每个线程运行一段时间后自动挂起，另一个线程开始运行。
这样一个进程内所有线程以不确定的速度并发执行。
2．模拟一个竞争条件——全局变量。
实验1进程的同步
WaitForSingleObject(hSemaphore_condutor,INFINITE); //等待司机停车的信号
ReleaseSemaphore(hSemaphore_dirver,1,NULL);//让司机开车的信号
}
三、操作界面
cout<<"********************the end pork************************"<<endl;
return 0;
}
//司机线程
DWORD WINAPI ThreadProc_Driver(LPVOID lpParameter)
{while(NUM_PASSENGER_CURRENT<50) //车上未满座
srand(time(0));
NUM_PASSENGER_ON=rand()%10;
cout<<NUM_PASSENGER_ON<<" passengers get on the bus"<<endl;
if(!pork_begin) //如果汽车从起始站出发
{cout<<"no passengers down"<<endl;
pork_begin++;
NUM_PASSENGER_CURRENT=NUM_PASSENGER_ON+NUM_PASSENGER_INITIAL;//起始站上车的人数
}
else
{NUM_PASSENGER_CURRENT=NUM_PASSENGER_CURRENT+NUM_PASSENGER_ON;
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。
操作系统实验(二)线程的同步
线程的同步姓名：蒙吉学号：20072411603实验名称：线程的同步实验目的：1）进一步掌握Windows系统环境下线程的创建与撤消。
2）熟悉Windows系统提供的线程同步API。
3）使用Windows系统提供的线程同步API解决实际问题。
实验准备知识：1）等待一个对象：WaitForMultipleObject( )用于等待一个对象。
2）等待多个对象：WaitForMultipleObject( )在指定时间内等待多个对象，等待的对象与WaitForSingleObject( )相同。
3）信号量对象：创建信号量CreateSemaphore（）；打开信号量Open Semaphore （）增加信号量Releasesemaphore（）。
实验内容：完成主、子两线程之间的同步，要求子线程先执行。
在主线程中使用系统调用CreatThread（）创建一个子线程，主线程创建了线程后进入阻塞状态，直到了线程运行完毕后唤醒主线程。
实验要求：能正确使用等待对象WaitForMultipleObject( )或WaitForSingleObject( )及信号量对象：CreateSemaphore（）：Open Semaphore：Releasesemaphore（）等系统调用，进一步理解线程的同步。
//Semaphore.cpp:defines the entry point for the console applecation.#include "stdafx.h"#include "semaphore1.h"#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FILEstatic char THIS_FILE[]=_FILE_;#endif/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// The one and only application objectCWinApp theApp;using namespace std;static HANDLE h1;static HANDLE hHandle1=NULL;void func();int _tmain(int argc,TCHAR* argv[],TCHAR* envp[]){int nRetCode=0;DWORD dwThreadID1;DWORD dRes,err;hHandle1=CreateSemaphore(NULL,0,1,"SemaphoreName1"); //创建一个信号量if(hHandle1==NULL)printf("Semaphore Create Fail!\n");else printf("Semaphore Create Success!\n");hHandle1=OpenSemaphore(SYNCHRONIZE|SEMAPHORE_MODIFY_STATE,NULL,"Semaph oreName1");if(hHandle1==NULL)printf("Semaphore Open Fail!\n");else printf("Semaphore Open Success!\n");h1=CreateThread((LPSECURITY_A TTRIBUTES)NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)func,(LPVOID)NULL,0,&dwThreadID1); //创建子线程if(h1==NULL)printf("Thread1 create Fail!\n");else printf("Thread1 create Success!\n");dRes=WaitForSingleObject(hHandle1,INFINITE); //主线程等待了线程结束err=GetLastError();printf("WaitForSingleObject err=%d\n",err);if(dRes==W AIT_TIMEOUT) printf("TIMEOUT!dRes=%d\n",dRes);else if(dRes==W AIT_OBJECT_0)printf("WAIT??_OBJECT!dRes=%d\n",dRes);elseif(dRes==W AIT_ABANDONED)printf("WAIT_ABANDONED!dRes=%d\n",dRes);else printf("dRes=%d\n",dRes);CloseHandle(h1);CloseHandle(hHandle1);ExitThread(0);return nRetCode;}void func(){BOOL rc;DWORD err;printf("Now In Thread !\n");//子线程唤醒主线程rc=ReleaseSemaphore(hHandle1,1,NULL);err=GetLastError();printf("ReleaseSemaphore err=%d\n",err);if(rc==0)printf("Semaphore Release Fail!\n");else printf("Semaphore Release Success!rc=%d\n",rc);}实验步骤：1)工程文件创建过程2）对工程进行“设置”过程3）classview底下状态4）fileview底下状态5）实验结果实验总结：1）总的实验步骤和线程的创建和撤销的大致相同2) 在实验一线程的创建和撤销的基础上进一步掌握了线程同步的实验过程以及具体步骤。
操作系统进程同步与互斥实验报告0204192337
学生实验报告姓名：年级专业班级学号成绩#define N 1 //N定义为临界资源!printf("请输入三个进程:\n"); //初始状态为：临界资源处于空闲状态!loop:scanf("%d %d %d",&a,&b,&c); //输入的进程名为:a,b,c!进程名输入的先后代表进程的访问顺序！if(a==N) //判断进程a是否占据临界资源!若a==N,表明a访问临界资源！{printf("a=%d\n",a); //a正在访问临界资源！printf("b=0,c=0\n"); //b,c不能进入自己的临界区，需等待a释放临界资源!printf(“临界资源正在被进程a访问,进程b,c必须等待.\n”);}else if(b==N){printf("b=%d\n",b); //b正在访问临界资源!printf("a=0,c=0\n"); //a,c不能进入自己的临界区，需等待b释放临界资源！printf(“临界资源正在被进程b访问,进程a,c必须等待.\n”);}5.编译链接所编写的程序,在编译正确的情况下执行程序.6.记录程序执行的结果(如下图所示).注意:初始状态为:临界资源处于空闲状20 10年12 月16 日【实验结果或总结】（对实验结果进行相应分析，或总结实验的心得体会，并提出实验的改进意见）1.进程a,b,c分别访问临界资源时程序执行的结果如下.(a) (b) (c)2.该程序初始化N为临界资源，根据输入a,b,c,的值是否等于N来判断进程分别是否进入自己的临界区。
当a=N 表明进程a正在访问临界资源。
此时程序执行的输出为：a=1,b=c=0表示进程b,c不能进入自己的临界区。
3.该程序能较好地体现程序并发执行时的一种制约关系-互斥，但不能较好的反映进程的同步关系，所以该算法有待改进，用以同时实现进程的同步和互斥。
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I 进程/线程的同步1 项目概述2 创建竞态3 临界区问题的解决办法4 实现一般信号量5 有界缓冲区6 具体任务总结7 附加任务的建议1 项目概述在本项目中，我们将使用不同的方法来解决临界区问题和有界缓冲区问题。
第一个任务是建立两个访问同一个共享资源的并发线程。
我们将证明没有同步机制时，线程执行的一些操作可能会丢失。
然后我们实现两种不同的解决方案：（1）利用Pthreads提供的互斥锁(mutex locks)；（2）使用一种软件解决方案(Peterson方法)，并比较这两种方法的性能。
然后我们会实现两种不同的作用于一般信号量的P操作和V操作；（1）利用Pthreads提供的互斥锁(mutex locks)和环境变量；（2）使用软件解决方法。
再比较两者的性能。
最后，我们利用上面的平台开发的P操作和V操作在两个并发线程之间实现一个有界缓冲区。
2 创建竞态在本项目中，我们采用POSIX的Pthreads，当然也可以使用能够提供一个进程中有多个线程的其它程序包。
POSIX标准没有规定在多个线程之间具体的并发需求。
我们首先假设要实现需要支持RR调度的并发线程。
这就是说，每个线程运行一段时间以后将被自动抢占，另一个线程开始执行。
因此，在一个进程中的所有线程都以不可预知的速度并发运行。
为创建一个竞态，创建两个线程T1和T2。
父线程（主线程）定义了两个全局变量accnt1和accnt2。
每个变量表示一个银行账户，且只有一个值（当前余额），其初值为0。
线程模拟银行事务，即将一定数额的钱从一个账户转移到另一个账户。
这就是说，每个线程都要读取两个账户的数值，产生一个随机数r，把这个数增加到另一个账户上，并从另一个账户上减去该值。
下面的代码框架说明了每个线程的操作：counter=0;do {temp1=accnt1;temp2=accnt2;r=rand();accnt1=temp1+r;accnt2=temp2-r;counter++;}while(accnt1+accnt2==0);print(counter);两个线程执行相同的代码。
中要没有交叉执行，两个余额的和将会是0。
然而，如果线程交叉执行，一个线程可能读取accnt1原来的值和accnt2的新值，或者相反，这就会导致丢失其中一个更新后的值。
如果发现这种情况，线程将停止并打印出发生时的步长（counter）。
也可以利用文件创建一个类似的程序。
主线程创建两个共享文件f1和f2，并利用它们替换共享变量accnt1和accnt2。
每个文件只有一个值——当前账户余额。
线程使用和上面程序相同的方法，利用一个随机数读取和更新余额（注意，在读/写序列中一定不能为了互斥性访问而锁住文件，否则将不能交叉执行）。
为主线程和两个线程代码。
然后测试多长时间会产生一次竞态，从而造成更新值的丢失。
注意：在实现不支持RR调度的线程时，必须通过在线程之间显式地强制实施文境切换来模拟这种行为。
在两个更新语句之间插入一段代码执行如下操作：在指定的范围内（如从0~1）产生一个随机数。
如果该数比某个给定的阈值（如0.1）小，便使用一个yield语句明确地将CPU让给其它线程。
这样平均下来，在10次循环中就会有1次产生文境切换。
3 临界区问题的解决方法在每个线程的代码中都有一个临界区。
解决这个问题有两种可能方法。
如果系统提供了如互斥量的基本同步原语，就可以用它锁住临界区实现互斥访问。
如果系统没有提供任何同步原语，就可以使用软件方法（由Peterson开发的方法，见原理教材的相关章节的介绍）。
下面我们对这两方法进行讨论和比较。
3.1 使用互斥锁的解决方法Pthread库提供了一种二元信号量，被称作互斥量（mutexes）。
互斥量可以被加锁和解锁。
当为一个已被其它线程锁住的互斥量再次上锁时，调用线程将被阻塞直到该互斥量被解锁。
利用这些原语很容易实现临界区。
在进入临界区前，互斥量将被加锁。
我们的实例中，是在第一次读操作之前加锁的。
在离开临界区后，互斥量才被解锁。
实例中是在第二次更新之后解锁的。
由系统事处理正在阻塞（正在等待）和正被解锁的线程。
3.2 软件解决方法现在我们假设系统没有提供互斥量或者其它任何形式的同步原语。
我们只能利用标准编程语言在常规变量上的操作来解决临界区问题。
在原理教材中提到的解决两个进程或线程之间临界区问题的方法使用了3个变量c1、c2和will_wait。
当线程i想进入临界区时，便将变量ci置为1。
为了打破任何可能存在的竞态，也要将will_wait设为j。
以忙等待循不的形式在临界区之前实现阻塞。
当线程离开临界区时，再把变量ci重置为0。
我们的临界区是一段代码，它以第一次读操作开始，以第二次更新操作结束。
我们可以使用软件方法中的代码实施互斥。
为了加快执行速度，忙等待循环应该包含sched_yield语句。
这样阻塞时便会马上释放CPU，而不是在时间片过时前一直在空循环。
现在我们准备比较解决临界区问题的两种方法的效率。
利用两种方法简单地重复相同次数的循环并测量执行时间。
为了消除任何可能的外部干扰，重复试验几次，计算平均时间。
4 实现一般信号量使用更低级的原语，如二元信号量，可以方便地实现一般信号量的P操作和V操作。
换句话说，可以尝试只用常规编程结构的解决方法。
4.1 使用互斥锁和条件变量的解决方法在原理教材中讨论了如何使用二元信号量上的Pb操作和Vb操作来实现一般信号量的P操作和V操作。
这种方法使用了两个二元信号量sb和delay。
它们有着不同的用途。
sb用于互斥。
这种信号量同Pthreads中的互斥锁类似。
这样，我们可以使用Pb(sb)和Vb(sb)分别代替mutex_lock和mutex_unlock。
二元信号量delay用于在P操作中阻塞进程，然后释放进程（使用相应的V操作）。
这种二元信号量可以用条件变量来模拟。
那么，pthread_cond_wait和pthread_cond_signal 将分别对应于Pb(delay)和Vb(delay)。
4.2 软件解决方法在前一节中，我们已经有了解决临界区问题的一种软件方法（就是没有使用任何特殊的同步指令的方法）。
按照如下步骤，我们可以创建用于临界区的P操作和V操作：（1）每个信号量s使用一个整数变量实现。
（2）对共享变量s的访问必须以临界区的方式实现。
（3）当P操作必须阻塞时，线程必须进入一个不停测试s值的while循环（在临界区内），直到s比0大；与此同时它要减少s的值，并继续继续执行。
在等待循环的每次迭代中，线程应该放弃CPU以便提高性能。
（注意：放弃操作不应在临界区内发生。
否则，没有其他进程能够执行V操作，这样系统将会发生死锁。
）（4）V操作会简单地增加s的值（在临界区内）。
现在，我们准备比较两种实现P操作和V操作方法的性能。
开发一些测试用例，它们包括一个或多个执行不同顺序的P操作和V操作的线程。
需要特别指出的是，应当测试一下在P操作中没有线程等待的情况下和在P操作中有一个线程或多个线程等待的情况下P操作和V操作的执行时间。
5 有界缓冲区在原理教材中讨论了在一个生产者线程和一个消费者线程之间实现有界缓冲区的问题。
生产者线程从一个文件f1中反复读取数据（如一个整数），直到到达文件末尾。
它把每个数据存放到利用大小为n的数组所实现的有界缓冲区中，并在两个进程之间共享该数组。
消费者线程不停地从缓冲区中移出数据，并把它们写入到另一个文件f2中。
当两个线程都完成时，文件f2应该是文件f1的完全副本。
记录每次循环中有多少值会在缓冲区里。
如果值大部份时间要么是n要么是0，那么就可以把随机选择睡眠一段时间的sleep语句插入到生产者和消费者线程的循环体中，以模拟消费和生产活动的突发情况。
6 具体任务总结（1）创建两个线程，使它们进入一个竞态。
（2）使用（a）互斥锁；(b)Peterson软件方法来解决竞态问题，并比较两者的性能。
（3）分别使用（a）互斥锁和环境变量；(b)解决临界区问题的软件方法来实现对一般信号量的P操作和V操作的。
并比较两种方法的性能。
（4）在生产者和消费者线程问题之间实现一个有界缓冲。
研究两个线程的并发行为。
（5）将你的试验结果写成报告7 附加任务的建议（1）使用P操作和V操作实现基本的管程功能。
这就需要写一个预编译器。
该预编译器使用原理教材中实现的代码替换所有的c.wait和s.signal操作，并插入互斥代码使其围绕着每一个管程过程。
然后，并发线程可以调用管程过程来协调它们对共享资源的使用。
还有，为了将过程和资源封装在一起建模，可以将管程实现为一个独立的进程。
该进程与其它必须借助于UNIX管道来使用管程的进程进行进行通信。
当一个进程试图调用一个管道过程时，它通过向请求管道写入信息的方式，向管程进程发出请求（包括程序和参数）。
然后从应答管道中读取信息并阻塞自己。
管程进程不断地从请求管程中读取对过程调用的请求，对每一个请求，它都要调用以独立线程存在的相应处理程序。
这种线程可以使用c.wait操作阻塞自己和c.signal 操作去唤醒其他线程。
当线程终止时，管程进程将通过向应答管道写入信息，把结果返回给原先的调用进程。
（2）将临界区问题扩展到多于两个进程的情况。
使用并比较两种解决方法：Pthreads提供的构造和纯软件方案。