进程的同步与互斥实验报告

计算机与信息工程系实验报告

班级 计算机1001班 姓名 李双贺 时间 2011年

10月19日 地点 文理楼

A504

实验名称 进程管理----生产者和消费者问题

实验目的:

（1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

（2）进一步认识并发执行的实质。

（3）验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

（4）验证用信号机制实现进程同步的方法。

实验内容

问题描述：考虑有一些生产者和消费者进程，生产者进程生产信息并把它们放入缓冲池中，消费者从缓冲池中取走信息。生产者—消费者问题是相互合作的进程关系的一种抽象，如在输入时，输入进程是生产者，计算进程是消费者；而在输出时，则计算进程是生产者，打印进程是消费者。请使用信号量机制来解决生产者—消费者问题。

互斥关系：

（I）设缓冲池有n个单元。

（II）当n个单元装满时，生产者必须等待。

（III）当缓冲池空时，消费者必须等待。

参考算法：

//创建生产者线程

for (int i=0;i

hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);

if (hThreads[i]==NULL) return -1;

}

//创建消费者线程

for ( i=0;i

hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);

if (hThreads[i]==NULL) return -1;

}

while(g_continue){

if(getchar()){ //按回车后终止程序运行

g_continue = false;

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。通过本次实验，加深了对进程同步概念和原理的理解，提高了编程能力。

操作系统实验进程同步与互斥

操作系统实验进程同步与互斥

实验目的

1.掌握进程同步和互斥原理，理解生产者-消费者模型；

2.学习Windows2000/xp中的多线程并发执行机制；

3.学习使用Windows SDK解决读者－写者问题。

试验内容1

依据生产者－消费者模型，在Windows 2000/xp环境下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，分析、熟悉生产者消费者问题仿真的原理和实现技术。（见附件2）

试验内容2

参考实验内容1和附件2伪码，编程解决读者－写者问题的程序。（具体要求和读写者问题原始伪码内容见附件1）

相关知识

Windows 2000/XP的线程控制

CreateThread完成线程创建，在调用进程的地址空间上创建一个线程，以执行指定的函数；它的返回值为所创建线程的句柄。

ExitThread用于结束当前线程。

SuspendThread可挂起指定的线程。

ResumeThread可激活指定线程，它的对应操作是递减指定线程的挂起计数，当挂起计数减为0时，线程恢复执行。

Windows 2000/XP的进程互斥和同步

在Windows 2000/XP中提供了临界区、互斥对象、信号量对象同步对象和相应的系统调用，用于进程和线程同步。

临界区对象(Critical Section)

只能用于在同一进程内使用的临界区，同一进程内各线程对它的访问是互斥进行的。相关API包括：

InitializeCriticalSection对临界区对象进行初始化； EnterCriticalSection等待占用临界区的使用权，得到使用权时返回；TryEnterCriticalSection非等待方式申请临界区的使用权；申请失败时，返回0；LeaveCriticalSection释放临界区的使用权；

DeleteCriticalSection释放与临界区对象相关的所有系统资源。

详解进程同步与互斥机制⽬录⼀、什么是进程同步⼆、什么是进程互斥三、常见的进程同步与互斥机制

⼀、什么是进程同步

在多道批处理系统中，多个进程是可以并发执⾏的，但由于系统的资源有限，进程的执⾏不是⼀贯到底的， ⽽是⾛⾛停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。

那么，进程的异步性会带来什么问题呢？举个例⼦，如果有 A、B 两个进程分别负责读和写数据的操作，这两个线程是相互合作、相互依赖的。那么写数据应该发⽣在读数据之前。⽽实际上，由于异步性的存在，可能会发⽣先读后写的情况，⽽此时由于缓冲区还没有被写⼊数据，读进程 A 没有数据可读，因此读进程 A 被阻塞。

进程同步（synchronization）就是⽤来解决这个问题的。从上⾯的例⼦我们能看出，⼀个进程的执⾏可能影响到另⼀个进程的执⾏，所谓进程同步就是指协调这些完成某个共同任务的并发线程，在某些位置上指定线程的先后执⾏次序、传递信号或消息。

再举个⽣活中的进程同步的例⼦，你想要喝热⽔，于是你打了⼀壶⽔开始烧，在这壶⽔烧开之前，你只能⼀直等着，⽔烧开之后⽔壶⾃然会发⽣响声提醒你来喝⽔，于是你就可以喝⽔了。就是说⽔烧开这个事情必须发⽣在你喝⽔之前。注意不要把进程同步和进程调度搞混了：

进程调度是为了最⼤程度的利⽤ CPU 资源，选⽤合适的算法调度就绪队列中的进程。进程同步是为了协调⼀些进程以完成某个任务，⽐如读和写，你肯定先写后读，不能先读后写吧，这就是进程同步做的事情了，指定这些进程的先后执⾏次序使得某个任务能够顺利完成。

⼆、什么是进程互斥

同样的，也是因为进程的并发性，并发执⾏的线程不可避免地需要共享⼀些系统资源，⽐如内存、打印机、摄像头等。举个例⼦：我们去学校打印店打印论⽂，你按下了 WPS 的 “打印” 选项，于是打印机开始⼯作。 你的论⽂打印到⼀半时，另⼀位同学按下了 Word 的 “打印” 按钮，开始打印他⾃⼰的论⽂。想象⼀下如果两个进程可以随意的、并发的共享打印机资源，会发⽣什么情况？