实验三 进程同步的经典算法

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——经典的同步问题本⽂为博主原创⽂章，未经博主允许不得转载涉及进程同步的⼀些概念：互斥与同步:临界资源（临界区）：指⼀次只能允许⼀个进程使⽤的共享资源称为临界资源；同步：指为完成某种任务⽽建⽴的两个和多个进程，这些进程在合作的过程中需要协调⼯作次序进⾏有序的访问⽽出现等待所产⽣的制约关系。

互斥：指两个或多个进程访问临界资源时只能⼀个进程访问，其他进程等待的⼀种相互制约的关系。

信号量与互斥量：信号量：本⾝是⼀个计数器，使⽤P，V两个操作来实现计数的减与加，当计数不⼤于0时，则进程进⼊睡眠状态，它⽤于为多个进程提供共享数据对象的访问。

互斥量：如果信号量只存在两个状态，那就不需要计数了，可以简化为加锁与解锁两个功能，这就是互斥量。

⼀、⽣产者与消费者问题问题描述：⼀组⽣产者进程和⼀组消费者进程共享⼀块初始为空，⼤⼩确定的缓冲区，只有当缓冲区为满时，⽣产者进程才可以把信息放⼊缓冲区，否则就要等待；只有缓存区不为空时，消费者进程才能从中取出消息，否则就要等待。

缓冲区⼀次只能⼀个进程访问（临界资源）。

问题分析：⽣产者与消费者进程对缓冲区的访问是互斥关系，⽽⽣产者与消费者本⾝⼜存在同步关系，即必须⽣成之后才能消费。

因⽽对于缓冲区的访问设置⼀个互斥量，再设置两个信号量⼀个记录空闲缓冲区单元，⼀个记录满缓冲区单元来实现⽣产者与消费者的同步。

问题解决：伪代码实现semaphore mutex=1;semaphore full=0; //满缓冲区单元semaphore empty=N; //空闲缓冲区单元prodecer(){while(1){P(empty);P(mutex);add_source++;V(mutex);V(full);}}consumer(){while(1){P(full);P(mutex);add_source--;V(mutex);V(empty);}}⼆、读者与写者问题问题描述：有读者与写者两个并发进程共享⼀个数据，两个或以上的读进程可以访问数据，但是⼀个写者进程访问数据与其他进程都互斥。

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。

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。

XI`AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 实验报告进程同步的多种解决办法摘要：简单介绍了进程同步的概念，分析了进程同步的多种解决办法，重点讨论了读者写者问题，更容易了解解决办法的具体机制。

关键词：进程同步；多进程；读者-写者0 引言Windows应用程序中消息有两种送出途径，直接和排队。

Windows或某些运行的应用程序可直接发布消息给窗口过程，或消息可送达到消息列象连续不断地轮询消息队列的OS中当前执行的每一个进程都不是由事件的顺序来控制的，而是由事件的发生来控制的。

在传统的操作系统中，为提高资源利用率和系统吞吐量，通常采用多道程序技术，将多个程序同时装入内存，并使之并发执行。

1 同步在OS中引入进程后，一方面使系统中多道程序并发执行，这不仅使资源利用率改善，亦可显著提高系统吞吐量，但也使系统更为复杂，致使进程对系统资源的无序争夺，每次处理的结果存在不确定性，显现不可再现性。

因此，在多道程序系统中，必须引入进程同步机制。

在本文中将介绍如下几种进程同步机制——硬件同步机制，信号量机制，管程机制和Peri网。

2 进程同步解决办法2.1 硬件同步机制目前许多计算机已提供特殊的硬件指令，允许对一个字中的内容进行检测和改正或对两个字进行交换。

可利用特殊指令解决临界的问题。

对临界区管理时，可将标志看作一个锁，“锁开”进入，“锁关”等待，初始状态锁是开着的。

但当临界资源忙碌时，其他进程处于“忙等”状态，不符合“让权等待”原则，造成处理机时间的浪费，同时很难解决，解决复杂的进程同步问题。

2.2 信号量机制信号量机制已得到广泛发展，由整形信号量经记录型信号量，发展到“信号量集机制”，已广泛应用于单处理机和多处理机系统以及计算机网络中。

信号量机制通常包括整型信号量，记录型信号量，AND型信号量和信号量集。

2.2.1 整型信号量除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(S)和signal(S)来访问。

目录实验一 WINDOWS进程初识 (3)1、实验目的 (3)2、实验内容和步骤 (3)3、实验结论 (5)4、程序清单 (5)实验二进程管理 (6)背景知识 (6)1、实验目的 (12)2、实验内容和步骤 (12)3、实验结论 (16)4、程序清单................... 错误！未定义书签。

实验三进程同步的经典算法 .. (17)背景知识 (17)1、实验目的 (19)2、实验内容和步骤 (19)3、实验结论 (22)4、程序清单................... 错误！未定义书签。

实验四存储管理 (23)背景知识 (23)1、实验目的 (31)2、实验内容和步骤 (31)3、实验结论 (48)4、程序清单................... 错误！未定义书签。

实验五文件和设备管理 (49)背景知识 (49)1、实验目的 (53)2、实验内容与步骤............. 错误！未定义书签。

3、实验结论................... 错误！未定义书签。

实验一WINDOWS进程初识1、实验目的（1）学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application （控制台应用程序)。

（2）掌握WINDOWS API的使用方法。

（3）编写测试程序，理解用户态运行和核心态运行。

2、实验内容和步骤（1）编写基本的Win32 Consol Application步骤1：登录进入Windows，启动VC++ 6.0。

步骤2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location”处输入工程目录。

创建一个新的控制台应用程序工程。

步骤3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。

实验三进程同步机制一、实验内容:学习Windows有关进程/线程同步的背景知识和API，学习windows平台下常用的同步方式，并分析2个实验程序（利用信号量实现两个进程间的同步和利用互斥量实现读者写者问题），观察程序的运行情况并分析执行结果。

二、实验目的:在本实验中，通过对互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）对象的了解，来加深对Windows 进程、线程同步的理解。

(1) 了解互斥量和信号量对象。

(2) 通过分析实验程序，理解管理信号量对象的API。

(3) 理解在进程中如何使用信号量对象。

(4) 通过分析实验程序，理解在线程中如何使用互斥量对象。

(5) 理解父进程创建子进程的程序设计方法，理解在主线程中创建子线程的方法。

三、实验要求：(1) 理解Windows有关进程/线程同步的背景知识和API。

(2) 按要求运行2个程序，观察程序执行的结果，并给出要求的结果分析。

(3) 参照3-2程序，写出一个实现单个生产者—消费者问题的算法，可以使用单个缓冲区，也可以使用缓冲池，生产者随机产生任意形式的数据并放入缓冲区中，消费者则以随机的时间间隔从缓冲区中取数据，随机时间请使用随机数产生。

四、并发与同步的背景知识Windows开发人员可以使用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。

此类对象包括互斥量Mutex、信号量Semaphore、事件Event等。

多进程、多线程编程中关键的一步是保护所有的共享资源，工具主要有互斥量Mutex 和信号量Semaphore等；另一个是协调线程使其完成应用程序的任务，为此，可利用内核中的信号量对象或事件对象。

互斥量是一个可命名且安全的内核对象，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，所有希望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。

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。