同步与互斥实例

1、有一个东西方向的独木桥，如下图所示，每次只能有一个通过，且不允许人在桥上停留。

东、西两端各有若干人在等待过桥。

请用P、V操作来实现东西两端人过桥的问题。

解：设bridge代表独木桥这一临界资源，初值为1。

东西两边的人用进程表示；其中P east i(i=1,2,…,n)代表东边的人的进程；P west i(i=1,2,…,n)代表西边的人的进程。

现用P、V操作实现东西两端人过桥问题描述如下：semaphore brigde=1;main(){cobegin{P east i(i=1,2,…,n)while (true) {p(bridge);从东向西过桥；v(bridge); }P west i(i=1,2,…,n)while (true){p(bridge);从西向东过桥；v(bridge); }} coend }2、对于生产者—消费者问题，若缓冲区单元中有一个，生产者和消费者只有一个，如图所示。

用P、V原语实现生产者和消费者的操作。

解：此是典型的同步问题。

设置两个信号量，bufferempty为生产者的私有信号量，初值为1，代表最初可用的空单元数；bufferfull为消费者的私有信号量，初值为0，代表最初可消费的产品个数；producer 代表生产者进程，consumer代表消费者进程。

现将用P、V实现此生产者和消费者问题的控制描述如下：semaphore bufferempty=1;semaphore bufferfull=0;main(){cobegin{procedurewhile(true){p(bufferempty);送产品至缓冲区；v(bufferfull);}consumerwhile(true){p(bufferfull);从缓冲区中取走产品；v(bufferempty);}} coend}。

同步与互斥实现方法同步与互斥是并发编程中重要的概念，用于解决多个线程访问共享资源的问题。

同步是指多个线程按照一定的顺序执行，以避免产生竞争条件和数据不一致的问题；而互斥是指多个线程不能同时访问一些共享资源，而需要按照一定的顺序进行访问。

下面将介绍几种常见的同步与互斥实现方法。

1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是最常见和最基本的同步与互斥机制。

互斥锁提供了两个操作，即上锁（lock）和解锁（unlock）。

一个线程在执行临界区代码时会上锁，其他线程在发现互斥锁已经被锁定时，则需要等待。

直到执行完临界区代码后，线程解锁，其他线程才能继续执行。

互斥锁的实现可以是通过硬件原子指令或通过操作系统的系统调用进行。

2. 信号量（Semaphore）信号量是另一种常见的同步与互斥机制。

信号量有一个计数器，用来表示资源的可用数量。

一个线程在访问共享资源之前需要申请信号量，如果信号量的计数器大于零，说明资源可用，线程可以继续执行；如果计数器等于零，说明资源不可用，线程需要等待。

当线程使用完共享资源后，需要释放信号量，使得其他线程可以继续申请资源。

3. 读写锁（ReadWrite Lock）读写锁是用于读写操作频繁且对数据一致性要求较高的情况下，提高并发性能的一种同步与互斥机制。

读写锁分为两种锁，即读锁和写锁。

多个线程可以同时持有读锁来读取共享资源，但是只有一个线程可以持有写锁进行写操作。

当存在写锁时，其他线程无法获得读锁或写锁。

4. 条件变量（Condition Variable）条件变量用于等待一些条件的成立或通知一些条件的变化。

线程可以通过条件变量等待一些条件的成立，当条件成立时，线程被唤醒并继续执行。

条件变量通常与互斥锁一起使用，以保证在等待条件时不会产生竞态条件。

5. 屏障（Barrier）屏障用于将一个线程组分成多个阶段，并在每个阶段结束时进行同步。

当每个线程到达屏障时，会被阻塞直到所有线程到达，然后同时开始下一个阶段的执行。

实验四-同步与互斥-Linux实验报告实验四同步与互斥 Linux 实验报告一、实验目的本次实验旨在深入理解操作系统中进程的同步与互斥概念，通过在Linux 环境下进行编程实践，掌握相关的实现方法和技术，提高对并发控制的认识和应用能力。

二、实验环境操作系统：Linux（Ubuntu 2004）编程语言：C 语言开发工具：GCC 编译器三、实验原理（一）同步同步是指多个进程在执行过程中需要按照一定的顺序协调工作，以确保它们之间的操作具有正确的逻辑关系。

常见的同步机制包括信号量、条件变量等。

（二）互斥互斥是指在同一时刻，只允许一个进程访问共享资源，以避免多个进程同时操作导致的数据不一致或错误。

实现互斥的常见方法有互斥锁、临界区等。

四、实验内容（一）使用信号量实现生产者消费者问题1、问题描述生产者不断生产产品并放入缓冲区，消费者从缓冲区取出产品进行消费。

缓冲区大小有限，当缓冲区满时生产者停止生产，当缓冲区为空时消费者停止消费。

2、实现思路创建一个信号量来表示缓冲区的可用空间数量，另一个信号量表示缓冲区中已有的产品数量。

生产者在生产前检查可用空间信号量，消费者在消费前检查产品数量信号量。

3、代码实现｀｀｀cinclude ＜stdioh>include ＜stdlibh>include ＜pthreadh>include ＜semaphoreh>define BUFFER_SIZE 5int bufferBUFFER_SIZE;int in ＝ 0;int out ＝ 0;sem_t empty_sem;sem_t full_sem;pthread_mutex_t mutex;void producer(void arg) ｛int item;while （1) ｛item ＝ rand(）％ 100;sem_wait(＆empty_sem)；pthread_mutex_lock(＆mutex)；bufferin ＝ item;printf(＂Producer: Produced item ％d at position ％d\n"， item, in)；in ＝（in ＋ 1) ％ BUFFER_SIZE;pthread_mutex_unlock(＆mutex)；sem_post(＆full_sem)；｝return NULL;｝void consumer(void arg) ｛int item;while （1) ｛sem_wait(＆full_sem)；pthread_mutex_lock(＆mutex)；item ＝ bufferout;printf(＂Consumer: Consumed item ％d from position ％d\n"， item, out)；out ＝（out ＋ 1) ％ BUFFER_SIZE;pthread_mutex_unlock(＆mutex)；sem_post(＆empty_sem)；｝return NULL;｝int main(）｛pthread_t producer_thread, consumer_thread;sem_init(＆empty_sem, 0, BUFFER_SIZE)；sem_init(＆full_sem, 0, 0)；pthread_mutex_init(＆mutex, NULL)；pthread_create(＆producer_thread, NULL, producer, NULL)；pthread_create(＆consumer_thread, NULL, consumer, NULL)；pthread_join(producer_thread, NULL)；pthread_join(consumer_thread, NULL)；sem_destroy(＆empty_sem)；sem_destroy(＆full_sem)；pthread_mutex_destroy(＆mutex)；return 0;｝｀｀｀（二）使用互斥锁实现读者写者问题1、问题描述存在多个读者和一个写者，读者可以同时读取数据，但写者在写数据时不允许有其他读者或写者访问。

C语言同步与互斥技术在多线程编程中，同步与互斥是非常重要的概念。

同步指的是协调多个线程之间的执行顺序，而互斥则是为了保护共享资源，避免多个线程同时访问造成数据不一致的问题。

C语言提供了一些同步与互斥技术的函数和机制，本文将介绍其中的几种常用的方法。

1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步机制之一。

它的作用是确保同一时间只有一个线程可以访问被保护的资源。

在C语言中，可以使用互斥锁来实现对临界区的访问控制。

互斥锁的使用通常分为两个步骤：初始化和加锁。

下面是互斥锁的示例代码：```#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex;int main() {// 初始化互斥锁pthread_mutex_init(&mutex, NULL);// 加锁pthread_mutex_lock(&mutex);// 临界区操作// 解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);// 销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0;}```2. 信号量信号量是一种更为通用的同步与互斥工具。

它可以用于控制对资源的访问，也可以用于线程之间的通信。

C语言中提供了信号量的相关函数，如sem_init、sem_wait和sem_post等。

下面是信号量的示例代码：```#include <semaphore.h>sem_t semaphore;void* thread_function(void* arg) {while (1) {// 等待信号量sem_wait(&semaphore);// 临界区操作// 发送信号量sem_post(&semaphore);}}int main() {// 初始化信号量sem_init(&semaphore, 0, 1);// 创建线程pthread_t thread;pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL); // 主线程操作// 销毁信号量sem_destroy(&semaphore);return 0;}```3. 条件变量条件变量通过线程之间的等待与唤醒机制实现同步与互斥。

C语言并发编程线程同步和互斥在并发编程中，线程同步和互斥是非常重要的概念。

当多个线程同时访问共享资源时，如果没有合适的同步机制，就会产生竞态条件（Race Condition）问题，导致程序的执行结果不确定或出现错误。

因此，掌握线程同步和互斥的方法对于编写高效可靠的并发程序至关重要。

1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种最常见的线程同步机制，通过对临界资源加锁，确保同一时间只有一个线程能够访问该资源。

C语言中可以使用互斥锁来实现线程的互斥访问。

以下是互斥锁的使用示例：```c#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void* thread_function(void* arg) {// 在访问共享资源之前加锁pthread_mutex_lock(&mutex);// 访问共享资源// 在访问共享资源之后解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);return NULL;}```2. 条件变量（Condition Variable）条件变量是一种线程同步机制，用于线程之间的通信和协调。

通过条件变量，一个线程可以等待某个条件的满足，而另外一个线程满足这个条件后就通过条件变量发出通知。

以下是条件变量的使用示例：```c#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;void* thread_function(void* arg) {// 在访问共享资源之前加锁pthread_mutex_lock(&mutex);// 判断条件，如果条件不满足，则等待while (!condition) {pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}// 条件满足后，访问共享资源// 在访问共享资源之后解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);return NULL;}void update_condition() {// 更新条件// 发出条件满足的信号pthread_cond_signal(&cond);}```3. 信号量（Semaphore）信号量是一种常用的线程同步机制，用于控制同时访问某个共享资源的线程数量。