实验二进程同步

实验二（2）进程同步

一、实验目的

1、生产者-消费者问题是很经典很具有代表性的进程同步问题，计算机中的很多同步问题都可抽象为生产者-消费者问题，通过本实验的练习，希望能加深学生对进程同步问题的认识与理解。

2、熟悉VC的使用，培养和提高学生的分析问题、解决问题的能力。

二、实验内容及其要求

实验内容

以生产者/消费者模型为依据，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。

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；设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥；

三、实验算法分析

1、实验程序的结构图（流程图）；

2、数据结构及信号量定义的说明；

(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);

bInitialOwner——指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马

参数说明

lpMutexAttributes——必须取值NULL。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

4、主要算法

创建生产者和消费者线程

for(i =0;i< (int) n_Thread;i++){

if(Thread_Info[i].entity =='P')

h_Thread[i]= CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),

&(Thread_Info[i]),0,NULL);

else

h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),

&(Thread_Info[i]),0,NULL);

}

生产者进程

void Produce(void *p)

{

//局部变量声明；

DWORD wait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;

int m_serial;

//获得本线程的信息；

m_serial = ((ThreadInfo*)(p))->serial;

m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC);

Sleep(m_delay);

//开始请求生产

printf("Producer %2d sends the produce require.\n",m_serial);

//确认有空缓冲区可供生产，同时将空位置数empty减1；用于生产者和消费者的同步；

wait_for_semaphore = WaitForSingleObject(empty_semaphore,-1);

//互斥访问下一个可用于生产的空临界区，实现写写互斥；

wait_for_mutex = WaitForSingleObject(h_mutex,-1);

int ProducePos = FindProducePosition();

ReleaseMutex(h_mutex);

//生产者在获得自己的空位置并做上标记后，以下的写操作在生产者之间可以并发；

//核心生产步骤中，程序将生产者的ID作为产品编号放入，方便消费者识别;

printf("Producer %2d begin to produce at position %2d.\n",m_serial,ProducePos);

Buffer_Critical[ProducePos] = m_serial;