实验2 并发与调度 2.2 Windows 2000线程同步 (实验估计时间：120分钟) 背景知识 实验目的 工具/准备工作 实验内容与步骤 背景知识 Windows 2000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4-1) 。 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) 。 实验目的 在本实验中，通过对事件和互斥体对象的了解，来加深对Windows 2000线程同步的理解。 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) 了解事件和互斥体对象。 3) 通过分析实验程序，了解管理事件对象的API。 4) 了解在进程中如何使用事件对象。 5) 了解在进程中如何使用互斥体对象。 6) 了解父进程创建子进程的程序设计方法。 工具/准备工作 在开始本实验之前，请回顾教科书的相关内容。 您需要做以下准备： 1) 一台运行Windows 2000 Professional操作系统的计算机。 2) 计算机中需安装Visual C++ 6.0专业版或企业版。 实验内容与步骤 1. 事件对象 2. 互斥体对象 1. 事件对象 清单2-1程序展示了如何在进程间使用事件。父进程启动时，利用CreateEvent() API创建一个命名的、可共享的事件和子进程，然后等待子进程向事件发出信号并终止父进程。在创建时，子进程通过OpenEvent() API打开事件对象，调用SetEvent() API使其转化为已接受信号状态。两个进程在发出信号之后几乎立即终止。 步骤1：登录进入Windows 2000 Professional。 步骤2：在“开始”菜单中单击“程序”-“Microsoft Visual Studio 6.0”–“Microsoft Visual C++ 6.0”命令，进入Visual C++窗口。
OS中的进程/线程同步机制 1 常用并发机制 1.1 信号量（Semaphore） 用于进程间传递信号的一个整数值，在信号上只可以进行三种操作，即初始化、递减和递增，这三种操作都是原子操作。递减操作用于阻塞一个进程，递增操作用于解除一个进程的阻塞。信号量也称为计数信号量或一般信号量 1.2 二元信号量（Binary Semaphore） 只取0值和1值的信号量。 1.3 互斥量（Mutex） 类似于二元信号量。关键在于为其加锁（设定值为0）的进程和为其解锁（设定值为1）的进程必须为同一个进程。 1.4 条件变量（Cond） 一种数据类型，用于阻塞进程或线程，直到特定的条件为真。 1.5 管程（Monitor） 一种编程语言结构，它在一个抽象数据类型中封装了变量、访问过程和初始化代码。管程的变量只能由管程自身的访问过程访问，每次只能有一个进程在其中执行，访问过程即临界区。管程可以有一个等待进程队列。 1.6 事件标志（Event Sign） 用作同步机制的一个内存字。应用程序代码可为标志中的每个位关联不同的事件。通过测试相关的一个或多个位，线程可以等待一个或多个事件。在全部所需位都被设定（AND）或至少一个位被设定（OR）之前，线程会一直被阻塞。 1.7 信箱/消息（Mailbox） 两个进程间交换信息的一种方法，也可用于同步。 1.8 自旋锁（Spin Lock） 一种互斥机制，进程在一个无条件循环中执行，等待锁变量的值可用。
2 常用进程/线程同步机制介绍 2.1 Windows OS中常用进程/线程同步机制 2.1.1 临界区（Critical Section） 可用于进程和线程同步。 保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。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同时访问临界区，那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。 临界区包含两个操作原语： EnterCriticalSection（）进入临界区 LeaveCriticalSection（）离开临界区 EnterCriticalSection（）语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么，必须确保与之匹配的LeaveCriticalSection（）都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。 MFC提供了很多功能完备的类，我用MFC实现了临界区。MFC为临界区提供有一个CCriticalSection类，使用该类进行线程同步处理是非常简单的。只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock（）和UnLock（）标定出被保护代码片段即可。Lock（）后代码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。 2.1.2 互斥量（Mutex） 进程和线程都可用的一种同步机制。互斥量跟临界区很相似，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有一个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。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。 互斥量包含的几个操作原语： CreateMutex（）创建一个互斥量 OpenMutex（）打开一个互斥量 ReleaseMutex（）释放互斥量 WaitForMultipleObjects（）等待互斥量对象 2.1.3 信号量（Semaphore） 进程和线程都可用的同步机制。 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
实验2 线程同步机制 一、实验目的： 通过观察共享数据资源但不受控制的两个线程的并发运行输出结果，体会同步机制的必要性和重要性。然后利用现有操作系统提供的同步机制编程实现关于该两个线程的有序控制，同时要求根据同步机制的Peterson软件解决方案尝试自己编程实现同步机制和用于同一问题的解决，并基于程序运行时间长短比较两种同步机制。 二、实验设计 I基于给定银行账户间转账操作模拟代码作为线程执行代码，在主线程中创建两个并发线程，编程实现并观察程序运行结果和予以解释说明。 II利用Windows互斥信号量操作函数解决上述线程并发问题，并分析、尝试和讨论线程执行体中有关信号量操作函数调用的正确位置。 III根据同步机制的Peterson软件解决方案尝试自己编程实现线程同步机制和用于上述线程并发问题的解决，并基于程序运行时间长短
将其与基于Windows互斥信号量的线程同步机制的效率展开比较。其间，可规定线程主体代码循环执行1000000次 三、源程序清单和说明 1未利用互斥信号量 #include
. 题目用多线程同步方法解决生产者－消费 者问题(Producer-Consumer Problem) 学院计算机科学与技术学院 专业软件工程 班级 姓名 指导教师 年月日
目录 目录 (1) 课程设计任务书 (2) 正文 (2) 1.设计目的与要求 (2) 1.1设计目的 (2) 1.2设计要求 (2) 2.设计思想及系统平台 (2) 2.1设计思想 (2) 2.2系统平台及使用语言 (2) 3.详细算法描述 (3) 4.源程序清单 (5) 5.运行结果与运行情况 (10) 6.调试过程 (15) 7.总结 (15) 本科生课程设计成绩评定表 (16)
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：计算机科学与技术学院 题目: 用多线程同步方法解决生产者－消费者问题 (Producer-Consumer Problem) 初始条件： 1．操作系统：Linux 2．程序设计语言：C语言 3．有界缓冲区内设有20个存储单元，其初值为0。放入／取出的数据项按增序设定为1－20这20个整型数。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要 求） 1．技术要求： 1）为每个生产者／消费者产生一个线程，设计正确的同步算法 2）每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的当前全部内容、当前指针位置和生产者／消费者线程的自定义标识符。 3）生产者和消费者各有两个以上。 4）多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 2．设计说明书内容要求： 1)设计题目与要求 2)总的设计思想及系统平台、语言、工具等。 3）数据结构与模块说明（功能与流程图） 4）给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。（要注明存储各个程序及其运行结果的主机IP地址和目录。） 5）运行结果与运行情况 （提示: （1）有界缓冲区可用数组实现。 （2）编译命令可用：cc -lpthread -o 目标文件名源文件名 （3）多线程编程方法参见附件。） 3. 调试报告： 1)调试记录 2)自我评析和总结 上机时间安排： 18周一~ 五 08：0 － 12：00 指导教师签名：年月日
多线程同步操作多个窗口 RunApp "notepad.exe" RunApp "notepad.exe" RunApp "notepad.exe" Delay 2000 Dimenv temp_Hwnd temp_Hwnd = 0 Dim str, arr, i str = Plugin.Window.Search("无标题- 记事本") arr = Split(str, "|") For i = 0 To UBound(arr) - 1 temp_Hwnd = Plugin.Window.FindEx(arr(i), 0, "Edit", 0) BeginThread WriteString While temp_Hwnd <> 0'判断多线程已经启动完毕，继续循环下一个。 Delay 500 Wend Next EndScript Function WriteString() Dim str, Hwnd Hwnd = temp_Hwnd temp_Hwnd = 0 Do str = WaitKey If Hwnd <> Plugin.Window.GetKeyFocusWnd Then Call Plugin.Bkgnd.KeyPress(Hwnd, str) End If Loop End Function 多线程多开窗口同步执行与子线程间的数值如何传递： 1.Dimenv IsThread, i 2.Dim arr_Thread() 3.For i = 0 To 2 4. IsThread = False'未启动线程 5. Redim Preserve arr_Thread(i) 6. arr_Thread(i) = BeginThread(EnterThread) 7. While IsThread = False'未启动成功，等待中 8. Delay 500 9. Wend 10. '跳出循环说明 IsThread = True，已经执行到了，循环继续启动下一个 11.Next
一个经典的多线程同步问题 程序描述： 主线程启动10个子线程并将表示子线程序号的变量地址作为参数传递给子线程。子线程接收参数 -> sleep(50) -> 全局变量++ -> sleep(0) -> 输出参数和全局变量。 要求： 1．子线程输出的线程序号不能重复。 2．全局变量的输出必须递增。 下面画了个简单的示意图： 分析下这个问题的考察点，主要考察点有二个： 1．主线程创建子线程并传入一个指向变量地址的指针作参数，由于线程启动须要花费一定的时间，所以在子线程根据这个指针访问并保存数据前，主线程应等待子线程保存完毕后才能改动该参数并启动下一个线程。这涉及到主线程与子线程之间的同步。 2．子线程之间会互斥的改动和输出全局变量。要求全局变量的输出必须递增。这涉及到各子线程间的互斥。 下面列出这个程序的基本框架，可以在此代码基础上进行修改和验证。 //经典线程同步互斥问题 #include
HANDLE handle[THREAD_NUM]; int i = 0; while (i < THREAD_NUM) { handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL); i++;//等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值} //保证子线程已全部运行结束 WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE); return 0; } unsigned int__stdcall Fun(void *pPM) { //由于创建线程是要一定的开销的，所以新线程并不能第一时间执行到这来int nThreadNum = *(int *)pPM; //子线程获取参数 Sleep(50);//some work should to do g_nNum++; //处理全局资源 Sleep(0);//some work should to do printf("线程编号为%d 全局资源值为%d\n", nThreadNum, g_nNum); return 0; } 运行结果：
Java多线程同步机制在售票系统的实现 论文导读：多线程技术的思想已经使用了很长的一段时间。但其不支持相同优先级的时间片轮换。多个用户线程在并发运行过程中可能同时访问临界区的内容。在Java中定义了线程同步的概念。关键词：多线程技术,多线程优先级,时间片,同步,临界区引言：多线程技术的思想已经使用了很长的一段时间，它允许CPU处理器时间共享，即很多用户可以共享处理器，每个用户的任务都分配到一段处理器时间。多线程是现代操作系统有别于传统操作系统的重要标志之一，它有别于传统的多进程的概念。所谓线程就是程序中的一个执行流，多线程程序是指一个程序中包含有多个执行流，多线程是实现并发机制的一种有效手段。进程和线程一样，都是实现并发性的一个基本单位。1．基本概念：1.1线程与进程的主要区别：①同样作为基本的执行单元，线程的划分比进程小。②多进程每个占有独立的内存空间，而多线程共享同一内存空间，通过共享的内存空间来交换信息，切换效率远远高于多进程。③Java线程调度器支持不同优先级线程的抢占方式，但其不支持相同优先级的时间片轮换。④Java运行时系统所在的操作系统（例如：Windows XP）支持时间片的轮换，则线程调度器就支持相同优先级线程的时间片轮换。免费论文参考网。1.2Java 多线程的特点：1.2.1多线程的继承由于Java引入了包的概念，从而使类的继承更加简便，线程的创建就是一个最好的例子。Java多线程的实现有两种办法①通过Thread继承，在下面的研究中，我主要用继承自Thread类来实现Java的多线程技术。②通过Runnable接口。
1.2.2Java多线程的同步技术Java应用程序的多个线程共享同一进程的数据资源，多个用户线程在并发运行过程中可能同时访问临界区的内容，为了程序的正常运行，在Java中定义了线程同步的概念，实现对临界区共享资源的一致性的维护。1.3.3Java多线程的流程控制Java流程控制的方法有Sleep().Interrupt().Wait().Notif().Join()等。1.3.4临界区在一个多线程的程序当中，单独的并发的线程访问代码段中的同一对象，则这个代码段叫做临界区，我们需要用同步的机制对代码段进行保护，避免程序出现不确定的因素。1.3.5同步机制Java中支持线程的同步机制，它由synchronized方法实现，分为同步块和同步方法，在下面的讨论中用synchronized的同步块来解决问题。2.多线程同步机制在车票系统的实现2.1下面就以售票系统中所涉及的问题来讨论Java的多线程同步机制问题，在售票系统中由于很大一部分时间可能有多人在购买车票，所以必须开辟多个线程同时为他们服务，在这里我设有四个售票窗口，则开辟四个线程来为四个窗口服务模拟图如下：窗口 1 窗口2窗口 3 窗口4Thread1Thread2 Thread3Thread4售票窗口模拟图 2.2出错的程序代码如下：class TicketsSystem{public staticvoid main(String[] args){SellThread kt=new SellThread();new Thread(kt).start();new Thread(kt).start();new Thread(kt).start();new Thread(kt).start();}}class SellThreadextends Thread{inttickets=60;public voidrun(){while(true){if(tickets>0){System.out.println(Thread.currentThr ead().getName()+'sellticket '+tickets);tickets--;}}}}在上面的程序中为了
多线程同步机制 Critical section（临界区）用来实现“排他性占有”。适用范围是单一进程的各线程之间。它是： ·一个局部性对象，不是一个核心对象。 ·快速而有效率。 ·不能够同时有一个以上的critical section被等待。 ·无法侦测是否已被某个线程放弃。 Mutex Mutex是一个核心对象，可以在不同的线程之间实现“排他性占有”，甚至几十那些现成分属不同进程。它是： ·一个核心对象。 ·如果拥有mutex的那个线程结束，则会产生一个“abandoned”错误信息。 ·可以使用Wait…()等待一个mutex。 ·可以具名，因此可以被其他进程开启。 ·只能被拥有它的那个线程释放（released）。 Semaphore Semaphore被用来追踪有限的资源。它是： ·一个核心对象。 ·没有拥有者。 ·可以具名，因此可以被其他进程开启。 ·可以被任何一个线程释放（released）。 Ev ent Object Ev ent object通常使用于overlapped I/O，或用来设计某些自定义的同步对象。它是： ·一个核心对象。 ·完全在程序掌控之下。 ·适用于设计新的同步对象。 · “要求苏醒”的请求并不会被储存起来，可能会遗失掉。 ·可以具名，因此可以被其他进程开启。 Interlocked Variable 如果Interlocked…()函数被使用于所谓的spin-lock，那么他们只是一种同步机制。所谓spin-lock是一种busy loop，被预期在极短时间内执行，所以有最小的额外负担（overhead）。系统核心偶尔会使用他们。除此之外，interlocked variables主要用于引用技术。他们：·允许对4字节的数值有些基本的同步操作，不需动用到critical section或mutex之类。 ·在SMP（Symmetric Multi-Processors）操作系统中亦可有效运作。 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
四种进程或线程同步互斥的控制方法 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。 2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。 3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。 4、事件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。 一临界区 临界区的使用在线程同步中应该算是比较简单，说它简单还是说它同后面讲到的其它方法相比更容易理解。举个简单的例子：比如说有一个全局变量（公共资源）两个线程都会对它进行写操作和读操作，如果我们在这里不加以控制，会产生意想不到的结果。假设线程A 正在把全局变量加1然后打印在屏幕上，但是这时切换到线程B，线程B又把全局变量加1然后又切换到线程A，这时候线程A打印的结果就不是程序想要的结果，也就产生了错误。解决的办法就是设置一个区域，让线程A在操纵全局变量的时候进行加锁，线程B如果想操纵这个全局变量就要等待线程A释放这个锁，这个也就是临界区的概念。 二互斥体 windows api中提供了一个互斥体，功能上要比临界区强大。也许你要问，这个东东和临界区有什么区别，为什么强大？它们有以下几点不一致： 1.critical section是局部对象，而mutex是核心对象。因此像waitforsingleobject是不可以等待临界区的。 2.critical section是快速高效的，而mutex同其相比要慢很多 3.critical section使用围是单一进程中的各个线程，而mutex由于可以有一个名字，因此它是可以应用于不同的进程，当然也可以应用于同一个进程中的不同线程。 4.critical section 无法检测到是否被某一个线程释放，而mutex在某一个线程结束之后会产生一个abandoned的信息。同时mutex只能被拥有它的线程释放。下面举两个应用mutex 的例子，一个是程序只能运行一个实例，也就是说同一个程序如果已经运行了，就不能再运行了；另一个是关于非常经典的哲学家吃饭问题的例子。 三事件 事件对象的特点是它可以应用在重叠I/O（overlapped I/0）上，比如说socket编程中有两种模型，一种是重叠I/0，一种是完成端口都是可以使用事件同步。它也是核心对象，因此可以被waitforsingleobje这些函数等待；事件可以有名字，因此可以被其他进程开启。 四信号量 semaphore的概念理解起来可能要比mutex还难，我先简单说一下创建信号量的函数，因为我在开始使用的时候没有很快弄清楚，可能现在还有理解不对的地方，如果有错误还是请大侠多多指教。 CreateSemaphore( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, // SD LONG lInitialCount, // initial count LONG lMaximumCount, // maximum count LPCTSTR lpName // object name )
用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(操作系统课设)
题目 用多线程同步方法解决生产者－消费 者问题(Producer-Consume r Problem) 学院 物理学与电子信息工程学院 专业电子信息工程班级08电信本一班姓名 指导教师 2010 年12 月日
目录 目录 0 课程设计任务书 (1) 正文 (3) 1.设计目的与要求 (3) 1.1设计目的 (3) 1.2设计要求 (3) 2.设计思想及系统平台 (3) 2.1设计思想 (3) 2.2系统平台及使用语言 (3) 3.详细算法描述 (4) 4.源程序清单 (7) 5.运行结果与运行情况 (12) 6.调试过程 (16) 7.总结 (16)
课程设计任务书 题目: 用多线程同步方法解决生产者－消费者问题 (Producer-Consumer Problem) 初始条件： 1．操作系统：Linux 2．程序设计语言：C语言 3．有界缓冲区内设有20个存储单元，其初 值为0。放入／取出的数据项按增序设定为 1－20这20个整型数。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1．技术要求： 1）为每个生产者／消费者产生一个线程，设计正确的同步算法 2）每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的当前全部 内容、当前指针位置和生产者／消费者
线程的自定义标识符。 3）生产者和消费者各有两个以上。 4）多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 2．设计说明书内容要求： 1)设计题目与要求 2)总的设计思想及系统平台、语言、工具 等。 3）数据结构与模块说明（功能与流程图） 4）给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。（要注明存储各个 程序及其运行结果的主机IP地址和目 录。） 5）运行结果与运行情况 （提示: （1）有界缓冲区可用数组实现。 （2）编译命令可用：cc -lpthread -o 目标文件名源文件名 （3）多线程编程方法参见附件。） 3. 调试报告： 1)调试记录 2)自我评析和总结
J a v a第七单元练习题 J a v a多线程机制 The latest revision on November 22, 2020
7Java多线程机制 7.1单项选择题 1. 线程调用了sleep（）方法后，该线程将进入（）状态。 A. 可运行状态 B. 运行状态 C. 阻塞状态 D. 终止状态 2. 关于java线程，下面说法错误的是（） A. 线程是以CPU为主体的行为 B. java利用线程使整个系统成为异步 C. 创建线程的方法有两种：实现Runnable接口和继承Thread类 D. 新线程一旦被创建，它将自动开始运行 3. 在java中的线程模型包含（） A. 一个虚拟处理器 B. CPU执行的代码 C. 代码操作的数据 D. 以上都是 4.在java语言中，临界区可以是一个语句块，或者是一个方法，并用（）关键字标识。 A. synchronized B. include C. import D. Thread 5. 线程控制方法中，yield()的作用是（） A. 返回当前线程的引用 B. 使比其低的优先级线程执行 C. 强行终止线程 D. 只让给同优先级线程运行 6. 线程同步中，对象的锁在（）情况下持有线程返回 A. 当synchronized()语句块执行完后 B. 当在synchronized()语句块执行中出现例外（exception）时 C. 当持有锁的线程调用该对象的wait()方法时 D. 以上都是 7. 在以下（）情况下，线程就进入可运行状态 A. 线程调用了sleep()方法时 B. 线程调用了join()方法时 C. 线程调用了yield()方法时 D. 以上都是 8. java用（）机制实现了进程之间的异步执行
多线程同步方法及比较 多线程同步方法： 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。. 2.互斥量:为协调一起对一个共享资源的单独访问而设计的。. 3.信号量:为控制一个具备有限数量用户资源而设计。. 4.事件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。 临界区（Critical Section）.. 确保在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。假如有多个线程试图同时访问临界区，那么在有一个线程进入后其他任何试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程能够继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。 临界区包含两个操作原语： EnterCriticalSection（）进入临界区 LeaveCriticalSection（）离开临界区。 EnterCriticalSection（）语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么，必须确保和之匹配的LeaveCriticalSection（）都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。 MFC为临界区提供有一个CCriticalSection类，使用该类进行线程同步处理是很简单的。只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock（）和UnLock（）标定出被保护代码片段即可。Lock（）后代码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。. ------------------------------------------------
操作系统线程同步机制实验报告 一、实验名称：线程同步机制 二、实验内容及目的： 2.1、通过观察共享数据资源但不受控制的两个线程的并发运行输出结果，体会同步机制的必要性和重要性； 2.2、利用现有操作系统提供的同步机制编程实现两线程的有序控制； 2.3、根据同步机制的Peterson软件解决方案编程实现同步机制对于同一问题的解决； 2.4、基于程序运行时间长短比较两种同步机制。 三、实验步骤： 3.1、编程实现不设置任何线程同步机制的多线程银行转账程序，观察输出结果。 3.1.1、主要代码（完整代码见附录）： //nAccount1与nAccount2为全局变量，也是此线程同步机制里的临界变量。 do { nTemp1 = nAccount1; nTemp2 = nAccount2; nRandom = rand(); nAccount1 = nTemp1 + nRandom; nAccount2 = nTemp2 - nRandom; nLoop++; } while ((nAccount1 + nAccount2) == 0); 3.1.2、输出结果： 当没有任何线程同步机制时，程序循环不了多少次便跳了出来，某一次的输出结果如下图： 图一无线程同步机制时的程序运行结果 3.2、编程实现调用系统Mutex的多线程银行转账程序，观察输出结果。
3.2.1、：主要代码（完整代码见附录）： do { ::WaitForSingleObject(m1,INFINITE); nTemp1 = nAccount1; nTemp2 = nAccount2; nRandom = rand(); nAccount1 = nTemp1 + nRandom; nAccount2 = nTemp2 - nRandom; if((nAccount1 + nAccount2) != 0) break; ::ReleaseMutex(m1); nLoop++; } while (nLoop <= 1000000); 为了防止程序陷入死循环，在while条件里加上了nloop<=1000000，当循环执行到第1000001时将跳出。 3.2.2、输出结果： 调用Mutex时的程序运行结果如图二： 图二调用Mutex时的程序运行结果 3.3、编程实现利用Peterson算法，实现线程同步的多线程银行转账程序，观察输出结果： 3.3.1、主要代码（完整代码见附录）： do { flagi = true; turn = j; while(flagj && turn == j); nTemp1 = nAccount1; nTemp2 = nAccount2; nRandom = rand(); nAccount1 = nTemp1 + nRandom; nAccount2 = nTemp2 - nRandom; if((nAccount1 + nAccount2) != 0) break;
目录 1.需求分析 (1) 1.1 课程设计题目 (1) 1.2 课程设计任务 (1) 1.3 课程设计原理 (1) 1.4 课程设计要求 (1) 1.5 实验环境 (1) 2. 概要设计 (2) 2.1 课程设计方案概述 (2) 2.2 课程设计流程图 (2) 3.详细设计 (3) 3.1 主程序模块 (3) 3.2 生产者程序模块 (4) 3.3 消费者程序模块 (5) 4.调试中遇到的问题及解决方案 (5) 5.运行结果 (6) 6.实验小结 (7) 参考文献 (7) 附录：源程序清单 (7)
1.需求分析 1.1 课程设计题目 用多线程同步方法解决生产者－消费者问题 1.2 课程设计任务 （1）每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的全部内容、 当前指针位置和生产者／消费者线程的标识符。 （2）生产者和消费者各有两个以上。 （3）多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 1.3 课程设计原理 生产者和消费者问题是从操作系统中的许多实际同步问题中抽象出来的具有代表性的问题，它反映了操作系统中典型的同步例子，生产者进程(进程由多个线程组成)生产信息，消费者进程使用信息，由于生产者和消费者彼此独立，且运行速度不确定，所以很可能出现生产者已产生了信息而消费者却没有来得及接受信息这种情况。为此，需要引入由一个或者若干个存储单元组成的临时存储区（即缓冲区），以便存放生产者所产生的信息，解决平滑进程间由于速度不确定所带来的问题。 1.4 课程设计要求 (1)有界缓冲区内设有20个存储单元，放入／取出的数据项设定为1~20这20个整型数。 (2)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的全部内容、 当前指针位置和生产者／消费者线程的标识符。 (3)生产者和消费者各有两个以上。 (4)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 1.5 实验环境 系统平台：LINUX 开发语言：C 开发工具：PC机一台
Visual C++线程同步技术剖析:临界区，时间，信号量，互斥量 摘要：多线程同步技术是计算机软件开发的重要技术，本文对多线程的各种同步技术的原理和实现进行了初步探讨。 关键词：VC++6.0；线程同步；临界区；事件；互斥；信号量； 正文 使线程同步 在程序中使用多线程时，一般很少有多个线程能在其生命期内进行完全独立的操作。更多的情况是一些线程进行某些处理操作，而其他的线程必须对其处理结果进行了解。正常情况下对这种处理结果的了解应当在其处理任务完成后进行。 如果不采取适当的措施，其他线程往往会在线程处理任务结束前就去访问处理结果，这就很有可能得到有关处理结果的错误了解。例如，多个线程同时访问同一个全局变量，如果都是读取操作，则不会出现问题。如果一个线程负责改变此变量的值，而其他线程负责同时读取变量内容，则不能保证读取到的数据是经过写线程修改后的。 为了确保读线程读取到的是经过修改的变量，就必须在向变量写入数据时禁止其他线程对其的任何访问，直至赋值过程结束后再解除对其他线程的访问限制。象这种保证线程能了解其他线程任务处理结束后的处理结果而采取的保护措施即为线程同步。 线程同步是一个非常大的话题，包括方方面面的内容。从大的方面讲，线程的同步可分用户模式的线程同步和内核对象的线程同步两大类。用户模式中线程的同步方法主要有原子访问和临界区等方法。其特点是同步速度特别快，适合于
对线程运行速度有严格要求的场合。 内核对象的线程同步则主要由事件、等待定时器、信号量以及信号灯等内核对象构成。由于这种同步机制使用了内核对象，使用时必须将线程从用户模式切换到内核模式，而这种转换一般要耗费近千个CPU周期，因此同步速度较慢，但在适用性上却要远优于用户模式的线程同步方式。 临界区 临界区（Critical Section）是一段独占对某些共享资源访问的代码，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同时访问临界区，那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。 临界区在使用时以CRITICAL_SECTION结构对象保护共享资源，并分别用EnterCriticalSection（）和LeaveCriticalSection（）函数去标识和释放一个临界区。所用到的CRITICAL_SECTION结构对象必须经过InitializeCriticalSection（）的初始化后才能使用，而且必须确保所有线程中的任何试图访问此共享资源的代码都处在此临界区的保护之下。否则临界区将不会起到应有的作用，共享资源依然有被破坏的可能。 图1 使用临界区保持线程同步 下面通过一段代码展示了临界区在保护多线程访问的共享资源中的作用。通过两个线程来分别对全局变量g_cArray[10]进行写入操作，用临界区结构对象 g_cs来保持线程的同步，并在开启线程前对其进行初始化。为了使实验效果更加明显，体现出临界区的作用，在线程函数对共享资源g_cArray[10]的写入时，以Sleep（）函数延迟1毫秒，使其他线程同其抢占CPU的可能性增大。如果不使
一、教学导入 复习线程的生命周期及状态转换的概念， ?引入新课。 生活中的事例1：购买火车票，两个人同时买最后一张火车票； 生活中的事例2：支付款项，支付业务可以在不同的地方同时进行。 ?以上会发生线程安全问题，引入多线程同步问题。 二、讲授新课 1.线程安全问题 模拟窗口售票程序，售票的动作需要同时执行，所以使用多线程技术。假如共有100张票出售，并在售票的代码中每次售票时线程休眠10毫秒，如下所示 Example1.java。 public class Example11 { public static void main(String[] args) { // 创建Ticket1 对象 SaleThreadsaleThread = new SaleThread(); // 创建并开启四个线程 new Thread(saleThread, "线程一").start(); new Thread(saleThread, "线程二").start(); new Thread(saleThread, "线程三").start(); new Thread(saleThread, "线程四").start(); } } // 定义Ticket1类实现Runnable接口
class SaleThread implements Runnable { //1,描述票的数量。 private int tickets = 100; // 100张票 //2,售票的动作，这个动作需要被多线程执行，那就是线程任务代码。需要定义run方法中。 //线程任务中通常都有循环结构。 public void run() { while (tickets > 0) { try { Thread.sleep(10); //要让线程在这里稍停，模拟问题的发生。sleep 看到了0 -1 -2 错误的数据，这就是传说中的多线程安全问题。经过此处的线程休眠10毫秒 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---卖出的票"+ tickets--);//打印线程名称 } } } 运行结果如下图所示。 从上图可以看出，售出的票出现了0、-1、-2这样的票号，这种现象是不应该出现的，因此，上面的多线程程序存在安全问题。 【问题产生的原因】 1，线程任务中在操作共享的数据。 2，线程任务操作共享数据的代码有多条(运算有多个)。 【解决思路】