《操作系统》课程设计-进程通信与进程同步机制实现

江苏大学

《操作系统》课程设计说明书

设计题目进程通信与进程同步机制实现

学生姓名XXXXXX

指导老师XXXXXX

学院计算机学院

专业班级软件工程X

学号612355401

完成时间XXXXXXXX

一．课程设计题目

某银行提供10个服务窗口（7个对私服务窗口，3个对公服务窗口）和100个供顾客等待的座位。顾客到达银行时，若有空座位，则到取号机上领取一个号，等待叫号。取号机每次仅允许一位顾客使用，有对公和对私两类号，美味顾客只能选取其中一个。当营业员空闲时，通过叫号选取一位顾客，并为其服务。请用P、V操作写出进程的同步算法。

二．课程设计目的

1、掌握基本的同步与互斥算法，理解银行排队系统操作模型。

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。

三．课程设计要求

◆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。

四．需要了解的知识

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。

2.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)。

五．需要用到的API函数及相关函数我们利用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)。

本实验使用到的API的功能和使用方法简单介绍

1、WaitForSingleObject( hSemaphoreChairs , INFINITE );

WaitForSingleObject( hMutex , INFINITE );

●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)。

2、ReleaseMutex( hMutex );

●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);

ReleaseSemaphore( hSemaphoreShoppers ,1,NULL);

●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。

3、hShoppersThread = CreateThread ( NULL ,0 , fnTreadFunction ,NULL , 0 ,NULL );

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)

4、hMutex = CreateMutex ( NULL , FALSE , NULL ); hMutexBarber = CreateMutex ( NULL , FALSE , NULL );

●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);

5. hSemaphoreChairs = CreateSemaphore ( NULL ,dwWaitVolume , dwWaitVolume , NULL );

hSemaphoreShoppers = CreateSemaphore ( NULL ,0 , dwWaitVolume , NULL );

●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。

hBarberThread = CreateThread ( NULL ,0 ,

fnBarberFunction ,NULL , 0 ,NULL );

●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)

六．原理及算法

1、信号量设置

hMutex：取号机互斥信号量

hSemaphorePubCus：等待对公服务顾客的数量

hSemaphorePriCus:等待对私服务顾客的数量

hSemaphoreSeats：剩余空座位的数量

2、线程创建

fnPubser1，fnPubser2，fnPubser3：3个对公窗口线程

fnPriser1，fnPriser2，fnPriser3，fnPriser4，fnPriser5，fnPriser6，fnPriser7：7个对私窗口线程

fnPubTreadFunction：对公顾客线程

fnPriTreadFunction：对私顾客线程

seat ：可用座位数量

Pubcus=0：初始对公顾客等待数量

Pricus=0：初始对私顾客等待数量

dwCustoms=0：初始顾客排队数量

3、P、V操作

semaphore

hMutex,hSemaphorePubCus,hSemaphorePriCus,hSemaphoreSeats;

int seat，Pubcus=0，Pricus=0，dwCustoms=0；

hMutex.value=1;hSemaphorePubCus.value=0;hSemaphorePriCus.value=0; hSemaphoreSeats.value=seat;

process A//顾客线程

{ int i=0;

p(&hSemaphoreSeats);

p(&hMutex);

在取号机上取号；

int set=rand（）%2；

Switch（set）

{

case 0：创建对公顾客线程;

dwCustoms++;

default: 创建对私顾客线程；

dwCustoms++；

}

v(&mutex);

等待叫号；

接受服务；

v(&hSemaphorePubCus); //当取到对私服务号时为v（&hSemaphorePriCus);

}

process B//窗口线程，分对公窗口与对私窗口，执行过程相似，在此只写出其中一个窗口线程

{

P(&hSemaphorePubCus);//当取到对私服务号是为p（&hSemaphorePriCus）;

若有顾客等待，则通过叫号为下一位顾客服务；

dwCustoms--；

v(&hSemaphoreSeats);

为顾客提供服务

顾客离开；

}

七．算法流程图

八．主要数据结构及实现

通过创建十二个线程来实现银行排队系统，3个对公窗口，7个对私窗口，1个对公等待顾客，1个对私等待顾客，十个窗口建立之后，来顾客就执行，没顾客就挂起，进入等待状态，通过设计一个随机数来实现对公对私窗口的区分，服务时间可以通过设计一个随机时间来实现，四个信号量，其中一个互斥信号量是取号机的，因为取号