试验线程同步与通信-KeShi
线程的同步方式
线程的同步方式摘要：一、线程同步的必要性1.多线程编程中的资源竞争问题2.线程同步解决资源竞争问题二、常见的线程同步方式1.互斥锁（Mutex）1.作用范围：同一进程内的不同线程2.锁定机制：一个线程获得锁，其他线程等待2.信号量（Semaphore）1.作用范围：同一进程内的不同线程2.计数机制：用于控制同时访问资源的线程数量3.互斥量（Mutex）1.作用范围：同一进程内的不同线程2.量子化：锁持有时间限制4.读写锁（Read-Write Lock）1.作用范围：同一进程内的不同线程2.读写分离：读操作不互斥，写操作互斥5.条件变量（Condition Variable）1.作用范围：同一进程内的不同线程2.协同工作：与互斥锁结合使用，实现线程间的条件等待与通知三、线程同步的优缺点1.优点1.避免资源竞争，提高程序稳定性2.提高资源利用率2.缺点1.同步开销：线程切换和锁机制带来性能损失2.死锁：同步机制可能导致死锁现象四、线程同步的最佳实践1.合理选择同步方式2.尽量减小同步范围3.避免长时间的同步操作4.使用高级同步工具（如C++11中的std::mutex、std::unique_lock 等）正文：线程同步是多线程编程中不可或缺的技术，其主要目的是为了解决多个线程访问共享资源时的资源竞争问题。
没有同步机制，线程之间的数据一致性和程序稳定性都无法得到保障。
因此，深入了解各种线程同步方式，并在实际编程中合理运用，对于提高程序的可读性和实用性具有重要意义。
常见的线程同步方式有互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、互斥量（Mutex）、读写锁（Read-Write Lock）和条件变量（Condition Variable）等。
这些同步方式在不同的场景下有各自的优势，例如，互斥锁和互斥量主要用于防止同一进程内不同线程对共享资源的竞争访问，而信号量和条件变量则可用于实现线程间的协同工作。
线程间的通信
线程间的通信线程间的通信1．线程之间的通信简介一般而言,在一个应用程序中（即进程），一个线程往往不是孤立存在的，常常需要和其它线程通信，以执行特定的任务。
如主线程和次线程，次线程与次线程，工作线程和用户界面线程等。
这样,线程与线程间必定有一个信息传递的渠道。
这种线程间的通信不但是难以避免的，而且在多线程编程中也是复杂和频繁的。
线程间的通信涉及到4个问题：（1）线程间如何传递信息（2）线程之间如何同步，以使一个线程的活动不会破坏另一个线程的活动，以保证计算结果的正确合理（3）当线程间具有依赖关系时，如何调度多个线程的处理顺序（4）如何避免死锁问题在windows系统中线程间的通信一般采用四种方式：全局变量方式、消息传递方式、参数传递方式和线程同步法。
下面分别作介绍。
2．全局变量方式由于属于同一个进程的各个线程共享操作系统分配该进程的资源，故解决线程间通信最简单的一种方法是使用全局变量。
对于标准类型的全局变量，我们建议使用volatile 修饰符，它告诉编译器无需对该变量作任何的优化，即无需将它放到一个寄存器中，并且该值可被外部改变。
实例演示该实例采用全局变量来控制时间显示线程的显示格式，比较简单。
主要的代码如下：.h头文件//线程函数声明DWORD WINAPIThreadProc(LPVOIDlpParam); protected:HANDLEm_hThread;//线程句柄DWORD m_nThread;//线程ID.cpp实现文件volatileBYTE m_nShowFlag = 31;//定义全局变量，用于控制显示时间的格式。
volatile修饰符的作用是告诉编译器无需对该变量作任何的优化，即无需将它放到一个寄存器中。
//创建显示时间的线程,参数无m_hThread=CreateThread(NULL,0,ThreadProc,NULL,0,&m_nThread);//线程执行函数，用于实时显示时间，并按规定格式显示DWORD WINAPIThreadProc(LPVOIDlpParam){while(m_nShowFlag){CTimetime;CStringstrTime,strFormat;time=CTime::GetCurrentTime();strFormat ="%H:%M";if (m_nShowFlag&2){//日期strFormat ="%Y-%m-%d" + strFormat;}if (m_nShowFlag&4){//秒钟strFormat +=":%S";}if (m_nShowFlag&8){//周数strFormat +="%W";}if (m_nShowFlag&16){//星期strFormat +="%a";}strTime=time.Format(strFormat);::SetDlgItemText(AfxGetApp()->m_pMainWnd-& gt;m_hWnd,IDC_STATIC_TIME,strTime);Sleep(100);}return 0;}运行效果：工程源码下载地址：/detail/cbnotes/4962315欢迎大家修改和指正。
操作系统线程同步机制实验报告
操作系统线程同步机制实验报告一、实验目的本实验旨在通过对操作系统线程同步机制的实验，深入了解操作系统中线程的运行和同步原理，掌握线程同步机制的使用方法以及安全性问题。
二、实验背景在操作系统中，线程是实现多任务并发执行的基本单位。
为了确保线程的安全性，避免出现竞态条件等问题，需要采取合适的线程同步机制。
三、实验内容1.实现基本的线程同步操作通过使用互斥锁和条件变量，实现以下线程同步问题：（1）生产者/消费者问题：生产者线程生产一定数量的产品，消费者线程从缓冲区中取出产品并消费。
（2）读者/写者问题：多个读者线程可以同时读取共享资源，但是写者线程获取写权限后，其他线程无法读取或写入。
2.实验操作步骤（1）设计和实现多线程程序，包括生产者线程、消费者线程、读者线程和写者线程。
（2）使用互斥锁和条件变量对共享资源进行同步操作，保证线程的安全性。
（3）编译并运行程序，观察线程的执行顺序和结果是否符合预期。
四、实验结果与分析1.生产者/消费者问题通过设计合适的缓冲区和互斥锁，保证生产者线程和消费者线程的安全访问。
实验结果表明，生产者线程可以正确地生产产品，并将产品存储到缓冲区中。
消费者线程可以从缓冲区中取出产品并消费。
2.读者/写者问题通过使用互斥锁和条件变量，实现多个读者线程可以同时读取共享资源，但是写者线程获取写权限后，其他线程无法读取或写入。
实验结果表明，读者线程可以同时读取共享资源，而写者线程获取写权限后，其他线程无法读取或写入。
五、实验总结本实验通过对操作系统线程同步机制的实验，深入了解了操作系统中线程的运行和同步原理，掌握了线程同步机制的使用方法以及安全性问题。
实验结果表明，在设计合适的缓冲区和使用适当的同步机制的情况下，可以有效地保证线程的安全性和正确的并发执行。
六、实验心得通过本次实验，我深刻理解了线程同步机制在操作系统中的重要性。
线程同步机制可以保证多个线程正确地访问共享资源，避免竞态条件等问题的出现。
线程间通信与同步机制
线程间通信与同步机制线程是现代计算机系统中的基本执行单元，多线程编程已经成为了现代软件开发中不可或缺的一部分。
在多线程编程中，线程间通信和同步机制是非常重要的概念。
本文将从线程间通信和同步机制两个方面进行阐述。
一、线程间通信线程间通信是指多个线程之间进行信息交换的过程。
在多线程编程中，线程间通信是非常重要的，因为多个线程之间需要协同工作，完成复杂的任务。
线程间通信的方式有很多种，下面介绍几种常见的方式。
1. 共享内存共享内存是指多个线程共享同一块内存区域，通过读写这个内存区域来进行信息交换。
共享内存的优点是速度快，但是需要注意线程安全问题。
2. 消息队列消息队列是指多个线程之间通过消息传递来进行信息交换。
消息队列的优点是可以实现异步通信，但是需要注意消息的格式和大小。
3. 信号量信号量是一种用于多线程之间同步的机制，它可以用来控制多个线程的执行顺序。
信号量的优点是可以实现线程之间的同步，但是需要注意死锁问题。
二、同步机制同步机制是指多个线程之间协同工作的一种机制，它可以保证多个线程之间的执行顺序和结果的正确性。
在多线程编程中，同步机制是非常重要的，因为多个线程之间需要协同工作，完成复杂的任务。
同步机制的方式有很多种，下面介绍几种常见的方式。
1. 互斥锁互斥锁是一种用于多线程之间同步的机制，它可以用来控制多个线程的执行顺序。
互斥锁的优点是可以实现线程之间的同步，但是需要注意死锁问题。
2. 条件变量条件变量是一种用于多线程之间同步的机制，它可以用来控制多个线程的执行顺序。
条件变量的优点是可以实现线程之间的同步，但是需要注意死锁问题。
3. 读写锁读写锁是一种用于多线程之间同步的机制，它可以用来控制多个线程的执行顺序。
读写锁的优点是可以实现线程之间的同步，但是需要注意死锁问题。
综上所述，线程间通信和同步机制是多线程编程中非常重要的概念。
在多线程编程中，需要根据具体的情况选择合适的线程间通信和同步机制，以保证多个线程之间的协同工作的正确性和效率。
操作系统_线程的同步与互斥
操作系统实验报告实验名称：线程的同步与互斥专业班级：网络工程1301学号：姓名：2015 年4 月7 日实验二线程的同步与互斥一、实验目的1、掌握程序中线程的操作。
2、熟悉线程不同步时的现象及环境因素。
3、掌握线程中同步和互斥对象的使用。
二、实验内容与步骤1.多线程访问共享变量（互斥）（1）定义类变量int i = 0; 初始值置为0，创建两个线程，一个对i 执行加 1 操作，另一个对i 执行减 1 操作。
两个线程执行相同的次数。
（2）观察两个线程执行后的情况，可以发觉最后i 的值不一定是0，这就是多个线程在操作一个共享变量i时，未互斥访问带来的严重问题。
（3）给这两个线程加上互斥操作的代码，再来观察对 i 值的影响。
添加互斥操作前添加互斥操作后2.通过多线程模拟“生产者—消费者”问题（同步）(1)定义一个数组用来模拟共享缓冲区，定义一个生产者线程和一个消费者线程来实现对数组进行读写。
（2）观察两个线程执行后的情况，看会不会出现读取数据重复和写入数据覆盖的情况，加入两步操作后再观察结果如何。
（3）创建多个生产者线程和消费者线程，再查看运行结果。
添加互斥操作前添加互斥操作后四、实验总结通过本次实验进一步熟悉了程序中线程的操作和线程中同步和互斥对象的使用，基本上理解了计算机系统中资源冲突的解决方法，也理解了线程不同步时的现象及环境因素，学会怎样使用系统和程序中资源冲突的方法，并且进一步了解了操作系统内部的知识，拓宽了我的视野和能力！五、程序清单1.多线程访问共享变量（互斥）using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading;namespace AddSub{class Program{static void Main(string[] args){AddAndSub ass = new AddAndSub();Thread add_Td = new Thread(ass.getAdd);Thread sub_Td = new Thread(ass.setSub);add_Td.Start();sub_Td.Start();add_Td.Join();sub_Td.Join();Console.WriteLine("最终结果：--"+ass.num);Console.Read();}}public class AddAndSub{public int num = 0;public AddAndSub(){ }public void getAdd(){lock (this){int i = 1000000;while (i != 0){num++;i--;}}}public void setSub(){lock (this){int j = 1000000;while (j != 0){num--;j--;}}}}}2.通过多线程模拟“生产者—消费者”问题（同步）using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading;namespace ConsumerAndProduct{class Program{static void Main(string[] args){BufferForDefine buffer=new BufferForDefine ();Producer producer = new Producer(buffer);Consumer consumer = new Consumer(buffer);//初始化了生产者和消费者,并且把shared参数传递了过去Thread producerThread = new Thread(new ThreadStart(producer.produce)); = "生产者";//定义了一个producerThread线程,new Thread是构造Thread //后面的那个new 则是启动一个新的线程,线程启动的方法是producer1.produceThread consumerThread = new Thread(new ThreadStart(consumer.consume)); = "消费者";//同上producerThread.Start();consumerThread.Start();//启动这两个线程Console.Read();}}public class BufferForDefine{private int[] buffer = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };private int bufferCount = 0;private int readLocation = 0, writeLocation = 0;public BufferForDefine(){ }public int GetBuffer(){lock (this){if (bufferCount == 0){Console.WriteLine("缓冲区无数据,消费者无法读取"); Monitor.Wait(this);}Console.WriteLine("当前索引 " + readLocation);int readValue = buffer[readLocation];bufferCount--;//已经从缓冲区读取了内容,所以bufferCount要进行自减. readLocation = (readLocation + 1) % buffer.Length;//求余的目的是为了循环使用缓冲区Monitor.Pulse(this);//通知对象的第一个等待线程可以从WaitSleepJoin转换到Started状态.return readValue;//返回给consumer取出的数值}}public void setBuffer(int writeValue){lock (this){if (bufferCount == buffer.Length){Console.WriteLine("缓冲区!");Monitor.Wait(this);}//如果缓冲区已满,那么进入waitsleepjoin状态Console.WriteLine("当前索引 " + writeLocation);buffer[writeLocation] = writeValue;//向缓冲区写入数据bufferCount++;//自加,代表缓冲区现在到底有几个数据writeLocation = (writeLocation + 1) % buffer.Length; //用%实现缓冲区的循环利用Monitor.Pulse(this);//唤醒waitSleepJoin状态的进程,到started状态}}}public class Producer{BufferForDefine buffer;public Producer(BufferForDefine buffer){this.buffer = buffer;}public void produce()//定义生产过程{for (int count = 1; count <= 100; count++){buffer.setBuffer(count);Console.WriteLine("生产者向缓冲区中写入 " + count); }//将数据放入缓冲区string name = ;//得到当前线程的名字Console.WriteLine(name + "done producing");//此线程执行完毕}}public class Consumer{int value;BufferForDefine buffer;public Consumer(BufferForDefine buffer){this.buffer = buffer;}public void consume(){for (int count = 1; count <= 100; count++){value = buffer.GetBuffer();Console.WriteLine("消费者从缓冲中读取了数据" + value);}//从缓冲区中循环读取string name = ;//取得当前线程的名字Console.WriteLine(name + "done consuming");}}}。
嵌入式系统开发--同步、互斥与通信
嵌入式系统开发同步、互斥与通信嵌入式系统开发中，同步、互斥与通信是三个重要的概念。
它们在系统设计和实现中起着至关重要的作用，确保系统能够高效、稳定地运行。
本文将详细介绍这三个概念，并提供一些实用的编程技巧。
同步是指在多个并发执行的任务或线程之间建立一种时间上的关系，确保它们按照一定的顺序执行。
在嵌入式系统中，同步机制可以帮助我们避免竞态条件、死锁等问题，保证系统的正确性和可靠性。
常用的同步机制包括信号量、互斥锁、条件变量等。
互斥是指在多任务环境下，确保同一时间只有一个任务能够访问共享资源。
互斥机制可以防止多个任务同时修改同一数据，从而避免数据不一致和竞争条件。
常用的互斥机制包括互斥锁、读写锁等。
通信是指在不同任务或线程之间进行数据交换和消息传递。
在嵌入式系统中，通信机制可以帮助我们实现任务之间的协作和资源共享，提高系统的效率和响应速度。
常用的通信机制包括消息队列、共享内存、管道等。
在嵌入式系统开发中，合理地使用同步、互斥和通信机制，可以有效地提高系统的性能和稳定性。
然而，不当的使用也可能导致系统出现死锁、资源竞争等问题。
因此，在进行系统设计和编程时，我们需要仔细分析任务之间的关系，选择合适的同步、互斥和通信机制，并进行严格的测试和验证。
在下一部分，我们将详细讨论如何使用这些机制进行嵌入式系统开发。
我们将通过一些具体的例子，展示如何利用信号量、互斥锁、条件变量等实现任务同步，如何利用互斥锁、读写锁等实现任务互斥，以及如何利用消息队列、共享内存、管道等进行任务通信。
同时，我们还将探讨一些常见的同步、互斥和通信问题，并提供一些解决方案和最佳实践。
嵌入式系统开发同步、互斥与通信嵌入式系统开发中，同步、互斥与通信是三个重要的概念。
它们在系统设计和实现中起着至关重要的作用，确保系统能够高效、稳定地运行。
本文将详细介绍这三个概念，并提供一些实用的编程技巧。
同步是指在多个并发执行的任务或线程之间建立一种时间上的关系，确保它们按照一定的顺序执行。
线程的同步实验原理
线程的同步实验原理
好的,关于线程的同步实验原理,我将从以下几个方面进行详细阐述:
一、同步的必要性
多线程程序各线程会共享程序资源,如果多个线程同时访问资源,会导致数据混乱,需要同步机制进行协调。
二、同步基本方法
1. 互斥锁:对关键代码段加锁,同一时刻只能一个线程访问。
2. 信号量:用于线程间的信号通知与等待。
3. 条件变量:线程等待某条件满足而挂起。
三、同步实验原理
1. 设置共享资源counter,多个线程对它进行累加。
2. 使用互斥锁,在访问counter时进行加锁和解锁。
3. 线程结束后输出counter值,无同步会混乱,有同步可以正确输出。
四、同步实验过程
1. 主线程创建并启动多个子线程。
2. 子线程通过循环调用访问共享资源。
3. 对访问代码段加锁和解锁。
4. 主线程等待子线程结束,汇总输出结果。
五、实验结果分析
1. 无同步机制,counter值紊乱。
2. 加入同步机制,counter值正确。
3. 验证同步机制的必要性。
4. 观察不同同步手段的优劣。
5. 分析加锁的代价收益。
通过同步实验可以直观理解线程间的同步问题,加深对各种同步手段原理的认识,为多线程开发提供指导。
c语言线程间通信和进程间通信方式
C语言是一种广泛应用于系统编程和嵌入式开发中的编程语言，它的特点是灵活、高效和强大。
在实际应用中，我们常常需要在不同的线程或进程间进行通信，以实现数据共享和协作处理。
本文将重点介绍C语言中线程间通信和进程间通信的方式，以帮助大家更好地掌握这一重要知识点。
一、线程间通信的方式在C语言中，线程间通信主要有以下几种方式：1. 互斥量互斥量是一种用于保护临界区的同步机制，可以确保在同一时刻只有一个线程访问临界区。
在C语言中，我们可以使用`pthread_mutex_t`类型的变量来创建和操作互斥量。
通过加锁和解锁操作，我们可以实现线程对临界资源的互斥访问，从而避免数据竞争和线程安全问题。
2. 条件变量条件变量是一种用于线程间通信的同步机制，它可以让一个线程等待另一个线程满足特定的条件之后再继续执行。
在C语言中，我们可以使用`pthread_cond_t`类型的变量来创建和操作条件变量。
通过等待和通知操作，我们可以实现线程之间的协调和同步，从而实现有效的线程间通信。
3. 信号量信号量是一种用于控制资源访问的同步机制，它可以限制同时访问某一资源的线程数量。
在C语言中，我们可以使用`sem_t`类型的变量来创建和操作信号量。
通过等待和释放操作，我们可以实现线程对共享资源的争夺和访问控制，从而实现线程间的协作和通信。
二、进程间通信的方式在C语言中，进程间通信主要有以下几种方式：1. 管道管道是一种最基本的进程间通信方式，它可以实现单向的通信。
在C语言中，我们可以使用`pipe`函数来创建匿名管道，通过`fork`和`dup`等系统调用来实现父子进程之间的通信。
管道通常用于在相关进程之间传递数据和实现简单的协作。
2. 共享内存共享内存是一种高效的进程间通信方式，它可以让多个进程共享同一块物理内存空间。
在C语言中，我们可以使用`shmget`、`shmat`等系统调用来创建和操作共享内存，通过对内存的读写操作来实现进程间的数据共享和传递。
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return;
}
V操作 void V(int semid,int index)
{
struct sembuf sem; sem.sem_num = index; sem.sem_op = 1;
sem.sem_flg = 0;
semop(semid,&sem,1);
return; }
信号量的赋值:系统调用semctl() 原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg); 返回值：如果成功，则为一个正数。 参数cmd中可以使用的命令如下： ·IPC_RMID将信号量集从内存中删除。 ·SETALL设置信号量集中的所有的信号量的值。 ·SETVAL设置信号量集中的一个单独的信号量的值。 arg.val=1; semctl(semid,1,SETVAL,arg)
信号量的创建:
使用系统调用semget()创建一个新的信号量集，或者存取 一个已经存在的信号量集.
原型：int semget(key_t key,int nsems,int semflg); 返回值：如果成功，则返回信号量集的IPC标识符。如果 失败，则返回-1. semflg:IPC_CREAT | 0666
数据结构的原型是semid_ds,在linux/sem.h中定义：
struct semid_ds{ struct ipc_permsem_perm;/*permissions..seeipc.h*/ time_t sem_otime;/*last semop time*/ time_t sem_ctime;/*last change time*/ struct sem*sem_base;/*ptr to first semaphore in array*/ struct wait_queue *eventn; struct wait_queue *eventz; struct sem_undo*undo;/*undo requestson this array*/ ushort sem_nsems;/*no. of semaphores in array*/ };
2、线程
1）线程创建 pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *),void *arg);
2)pthread_join(pthread_t th, void **thread_retrun);
功能类似ls -lR； 查询指定目录下的文件及子目录信息； 显示文件的类型、大小、时间等信息；
•
递归显示子目录中的所有文件信息。
三、预备知识
1、Linux文件属性接口
#include <unistd.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> int fstat(int fildes,struct stat *buf); 返回文件描述符相关的文件的状态信息 int stat(const char *path, struct stat *buf); 通过文件名获取文件信息，并保存在buf所指的结构体stat中 int lstat(const char *path, struct stat *buf); 如读取到了符号连接，lstat读取符号连接本身的状态信息，而 stat读取的是符号连接指向文件的信息。
int semid;
pthread_t p1,p2;
线程执行函数定义：void *subp1();void *subp2();
void *subp1() { for (......) { 主函数：main() {
P(…….);
打印; V(…..); } return; }
创建信号灯；
信号灯赋初值；
nsems:信号灯的个数
信号量的操作: 系统调用semop(); 调用原型：int semop(int semid,struct sembuf *sops,unsigned nsops); 返回值：0，如果成功。-1，如果失敗 struct sembuf{ ushort sem_num;/*semaphore index in array*/ short sem_op;/*semaphore operation*/ short sem_flg;/*operation flags*/ } sem_num 将要处理的信号量的下标。 sem_op 要执行的操作。 sem_flg 操作标志,IPC_NOWAIT
创建两个线程subp1、subp2; 等待两个线程运行结束； 删除信号灯；
}
subp2负责计算，如何定义？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实验三（2） Linux文件目录
一、实验目的
1、了解Linux文件系统与目录操作；
2、了解Linux文件系统目录结构； 3、掌握文件和目录的程序设计方法。
二、实验内容
编程实现目录查询功能：
• •
实验三（1）、线程同步与通信
一、实验目的
1、掌握Linux下线程的概念； 2、了解Linux线程同步与通信的主要机制； 3、通过信号灯操作实现线程间的同步与互斥。
二、实验内容
通过Linux多线程与信号灯机制，设计并实现计算机线程 与I/O线程共享缓冲区的同步与通信。 程序要求:两个线程,共享公共变量a 线程1负责计算(1到100的累加，每次加一个数) 线程2负责打印（输出累加的中间结果)
P操作 void P(int semid,int index)
{
struct sembuf sem;
sem.sem_num = index; sem.sem_op = -1; sem.sem_flg = 0; //操作标记：0或IPC_NOWAIT等 semop(semid,&sem,1); //1:表示执行命令的个数
作用：挂起当前线程直到由参数th指定的线程被终止为止。
3、编辑、编译、调试
$vi $cc –o $gdb test -g test.c –lpthread
四、实验指导
程序结构
#include 头文件pthread.h、sys/types.h、
linux/sem.h等
P、V操作的函数定义： void P(int semid,int index) void V(int semid,int index) 信号灯、线程句柄定义：
三、预备知识 1、Linux下的信号灯及其P、V操作
在Linux中信号灯是一个数据集合，可以单独使用这一集 合的每个元素。 有关的系统调用命令： 1）semget：返回一个被内核指定的整型的信号灯索引。 2）semop：执行对信号灯集的操作
3）semctl：执行对信号灯集的控制操作。
信号灯的定义: