实验1编程实现进程(线程)同步和互斥

实验1编程实现进程（线程）同步和互斥一、实验目的①通过编写程序实现进程同步和互斥，使学生掌握有关进程（线程）同步与互斥的原理，以及解决进程（线程）同步和互斥的算法，从而进一步巩固进程（线程）同步和互斥②等有关的内容。

③了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。

④学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的⑤API函数。

⑥掌握进程和线程的概念，进程（线程）的控制原语或系统调用的使用。

⑦掌握多道程序设计的基本理论、方法和技术，培养学生多道程序设计的能力。

二、实验内容在Windows XP、Windows 2000等操作系统下，使用的VC、VB、java或C 等编程语言，采用进程（线程）同步和互斥的技术编写程序实现生产者消费者问题或哲学家进餐问题或读者-写者问题或自己设计一个简单进程（线程）同步和互斥的实际问题。

三、实验要求①经调试后程序能够正常运行。

②采用多进程或多线程方式运行，体现了进程（线程）同步和互斥的关系。

③程序界面美观。

四、实验步骤、过程让写者与读者、读者与读者之间互斥的访问同一数据集，在无写者进程到来时各读者可同时的访问数据集，在读者和写者同时等待时写者优先唤醒。

设置两个全局变量readcount 和writecount来记录读者与写者的数目，设置了3个信号量。

h_mutex1表示互斥对象对阻塞在read这一个过程实现互斥，h_mutex2实现全局变量readcount操作上的互斥，h_mutex3实现对全局变量writecount的互斥访问。

设置了两个临界区，为了实现写者优先，用了临界区read。

数据结构：（1）用了两个临界区（2）自定义结构ThreadInfo记录一条线程信息，多个线程对应一个ThreadInfo数组。

（3）设置了互斥量h_mutex1，实现了互斥对象对阻塞read这一过程，h_mutex2实现对readcount操作的互斥，h_mutex3实现对writecount的互斥访问。

流程：（1）主函数（2）临界区初始化（3）提取线程相关信息（4）完成线程相关信号量的初始化（5）创建读者与写者线程（6）等待所有线程结束（7）程序结束（8）读者（9）提取本线程信息（10）等待，提出读请求（11）进入临界区（12）进行读操作，并判读是否读完（15）退出临界区，读操作完成（16）如果readcount=0，则唤醒写者（17）写者（18）提取本线程信息（19）等待，发出写请求（20）进入临界区（21）进行写操作，并判断是否写完（22）退出临界区，写操作完成（23）如果writecount=0，则唤醒读者代码：#include<windows.h>#include<fstream.h>#include<stdio.h>#include<string>#include<conio.h>#define INTE_PER_SEC 1000//每秒时钟中断的数目#define MAX_THREAD_NUM 64//最大线程数int readcount=0;//读者数目int writecount=0;//写者数目CRITICAL_SECTION cs_write;CRITICAL_SECTION cs_read;void Writer(void *p);void Reader(void *p);//定义记录在测试文件中的线程参数数据结构struct ThreadInfo{ int serial;char entity;double delay;double persist;};//全局变量定义//临界区对象的声明，用于管理缓冲区的互斥访问int m;HANDLE h_Thread[MAX_THREAD_NUM]; //存储线程句柄的数组ThreadInfo Thread_Info[MAX_THREAD_NUM]; //线程信息数组HANDLE h_mutex1; //互斥对象对阻塞在read这一个过程实现互斥HANDLE h_mutex2; //全局变量readcount实现操作上的互斥DWORD n_Thread=0; //实际线程数目HANDLE h_mutex3; //对全局变量writecount的互斥访问int main(void){DWORD wait_for_all;FILE *inFile; //ifstream inFile;int i,j;InitializeCriticalSection(&cs_write); //初始化临界区InitializeCriticalSection(&cs_read);//打开输入文件，提取线程信息inFile=fopen("test.txt","r");fscanf(inFile, "%d",&m);//提取各线程信息到相应的数据结构中while(!feof(inFile)){fscanf(inFile,"%d",&Thread_Info[n_Thread].serial);fscanf(inFile,"\t%c",&Thread_Info[n_Thread].entity);fscanf(inFile,"%lf",&Thread_Info[n_Thread].delay);fscanf(inFile,"%lf",&Thread_Info[n_Thread].persist);n_Thread++;}//回显获得的线程信息，便于确认正确性for(j=0;j<(int)n_Thread;j++){int Temp_serial=Thread_Info[j].serial;char Temp_entity=Thread_Info[j].entity;double Temp_delay=Thread_Info[j].delay;double Temp_persist=Thread_Info[j].persist;printf(" \n thread%2d %c %lf %lf",Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay,Temp_persist);printf("\n");}printf("\n\n");//创建模拟过程中必要的信号量h_mutex1=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_readcount");h_mutex2=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_readwait");h_mutex3=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_writecount");//创建读者和写者线程for(i=0;i<(int)(n_Thread);i++){if(Thread_Info[i].entity=='R'||Thread_Info[i].entity =='r'){h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Reader),&(Thread_Info[i]),0,N ULL);}else{h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Writer),&(Thread_Info[i]),0,N ULL);}}//主程序等待各个线程的动作结束wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);printf(" \n \nALL READER and WRITER have finished their work, \n");printf("Press any key to quit!\n");return 0;}//读者线程void Reader(void *p){//局部变量声明DWORD wait_for_semaphore,wait_for_mutex;DWORD m_delay;DWORD m_persist;int m_serial;//获得本线程信息m_serial=((ThreadInfo*)(p))->serial;m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC);m_persist=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->persist *INTE_PER_SEC);Sleep(m_delay);printf("Reader thread %d sends readering require.\n",m_serial);wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_mutex1,-1);EnterCriticalSection(&cs_read);wait_for_mutex=WaitForSingleObject(h_mutex2,-1);readcount++;if(readcount==1){// 如果是第1个读者,等待写者写完EnterCriticalSection(&cs_write);}ReleaseMutex(h_mutex2);// 释放互斥信号 Mutex2//让其他读者进去临界区LeaveCriticalSection(&cs_read);ReleaseMutex(h_mutex1);//读文件printf("Reader thread %d begins to read file.\n",m_serial);Sleep(m_persist);//退出线程printf("Reader thread %d finished reading file.\n",m_serial);//阻塞互斥对象Mutex2,保证对readcount的访问,修改互斥wait_for_mutex=WaitForSingleObject(h_mutex2,-1);readcount--;if(readcount==0){//最后一个读者,唤醒写者LeaveCriticalSection(&cs_write);}ReleaseMutex(h_mutex2); //释放互斥信号}//写者线程void Writer(void *p){ DWORD wait_for_mutex3; //互斥变量DWORD m_delay; //延迟时间DWORD m_persist; //读文件持续时间int m_serial; //线程序号//从参数中获得信息m_serial=((ThreadInfo*)(p))->serial;m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC);m_persist=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->persist *INTE_PER_SEC);Sleep(m_delay); //延迟等待printf("Writer thread %d sents the writing require.\n",m_serial);wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_mutex3,-1);writecount++; //修改写者数目if(writecount==1){EnterCriticalSection(&cs_read);}ReleaseMutex(h_mutex3);EnterCriticalSection(&cs_write);printf("Writer thread %d begins to write to the file.\n",m_serial); Sleep(m_persist);printf("Writer thread %d finished writing to the file.\n",m_serial); LeaveCriticalSection(&cs_write);wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_mutex3,-1);writecount--;if(writecount==0){LeaveCriticalSection(&cs_read);}ReleaseMutex(h_mutex3);}五、实验结果或总结1、测试文件1 R2 32 R3 53 W 1 14 R 10 55 R 12 46 W 9 87 R 13 68 W 12 59 R 20 1010 W 21 20 2、测试结果3、测试结果分析由测试结果可知，线程3最早发出操作请求，并执行，开始执行后线程1发出读请求，3完成操作，1开始读操作，2发出读请求，2开始读操作，1、2完成读操作，实现了读者同步，6发出写请求，6开始写操作，4、5发出读请求，8发出写请求，7发出读请求，形成2个等待队列，一个是读这等待队列有线程4、5、7，一个是写者等待队列8，当6完成操作时，优先唤醒写者线程8，实现了写者优先，写者写完了再唤醒读者等待队列，实现了多个读者同步。