实验 进程同步与互斥
一、实验目的
1． 掌握基本的同步与互斥算法，理解生产者消费者模型。
2． 学习使用Windows 2000/XP中基本的同步对象，掌握相关API的使用方法。 3． 了解Windows 2000/XP中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。
二、实验内容及要求
1． 实验内容
以生产者/消费者模型为依据，在Windows 2000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。
2． 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； ? 学习了解Windows同步对象及其特性； ? 熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法；
? 设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥； ? 提交实验报告。
三、相关知识介绍
1． 同步对象
同步对象是指Windows中用于实现同步与互斥的实体，包括信号量(Semaphore)、互斥量(Mutex)、临界区(Critical Section)和事件(Events)等。本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。
同步对象的使用步骤： ? 创建/初始化同步对象。
? 请求同步对象，进入临界区(互斥量上锁)。 ? 释放同步对象(互斥量解锁)。
这些对象在一个线程中创建，在其他线程中都可以使用，实现同步与互斥。 2． 相关API的功能及使用
我们利用Windows SDK提供的API编程实现实验题目要求，而VC中包含有Windows SDK的所有工具和定义。要使用这些API，需要包含堆这些函数进行说明的SDK头文件——最常见的是Windows.h(特殊的API调用还需要包含其他头文件)。
下面给出的是本实验使用到的API的功能和使用方法简单介绍。 (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);
? 参数说明
lpMutexAttributes——必须取值NULL。
bInitialOwner——指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马上加锁)。 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。 四、实验示例(方法、步骤与例程)
1． 测试用例文件
测试用例文件用于描述各线程的有关信息，该文件内容及格式如下：
3 1 P 3 2 P 4