多线程同步方法及比较

多线程同步方法及比较
多线程同步方法及比较

多线程同步方法及比较

多线程同步方法:

1.临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数

据访问。.

2.互斥量:为协调一起对一个共享资源的单独访问而设计的。.

3.信号量:为控制一个具备有限数量用户资源而设计。.

4.事件:用来通知线程有一些事件已发生,从而启动后继任务的开始。

临界区(Critical Section)..

确保在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。假如有多个线程试图同时访问临界区,那么在有一个线程进入后其他任何试图访问此临界区的线程将被挂起,并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后,其他线程能够继续抢占,并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。

临界区包含两个操作原语:

EnterCriticalSection()进入临界区

LeaveCriticalSection()离开临界区。

EnterCriticalSection()语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么,必须确保和之匹配的LeaveCriticalSection()都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快,但却只能用来同步本进程内的线程,而不可用来同步多个进程中的线程。

MFC为临界区提供有一个CCriticalSection类,使用该类进行线程同步处理是很简单的。只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock()和UnLock()标定出被保护代码片段即可。Lock()后代码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。.

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互斥量跟临界区很相似,只有拥有互斥对象的线程才具备访问资源的权限,由于互斥对象只有一个,因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出,以便其他线程在获得后得以访问资源。互斥量比临界区复杂。因为使用互斥不但仅能够在同一应用程式不同线程中实现资源的安全共享,而且能够在不同应用程式的线程之间实现对资源的安全共享。..

互斥量包含的几个操作原语:

CreateMutex()创建一个互斥量

OpenMutex()打开一个互斥量

ReleaseMutex()释放互斥量

WaitForMultipleObjects()等待互斥量对象 ..

同样MFC为互斥量提供有一个CMutex类。

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信号量对象对线程的同步方式和前面几种方法不同,信号允许多个线程同时使用共享资源,这和操作系统中的PV操作相同。他指出了同时访问共享资源的线程最大数目。他允许多个线程在同一时刻访问同一资源,但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。在用CreateSemaphore()创建信号量时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。一般是将当前可用资源计数配置为最大资源计数,每增加一个线程对共享资源的访问,当前可用资源计数就会减1,只要当前可用资源计数是大于0的,就能够发出信号量信号。但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已达到了所允许的最大数目,不能在允许其他线程的进入,此时的信号量信号将无法发出。线程在处理完共享资源后,应在离开的同时通过ReleaseSemaphore()函数将当前可用资源计数加1。在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。

信号量包含的几个操作原语:

CreateSemaphore()创建一个信号量

OpenSemaphore()打开一个信号量

ReleaseSemaphore()释放信号量

WaitForSingleObject()等待信号量

信号量的使用特点使其更适用于对Socket(套接字)程式中线程的同步。例如,网络上的HTTP服务器要对同一时间内访问同一页面的用户数加以限制,这时能够为每一个用户对服务器的页面请求配置一个线程,而页面则是待保护的共享资源,通过使用信号量对线程的同步作用能够确保在任一时刻无论有多少用户对某一页面进行访问,只有不大于设定的最大用户数目的线程能够进行访问,而其他的访问企图则被挂起,只有在有用户退出对此页面的访问后才有可能进入。

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事件(Event)

事件对象也能够通过通知操作的方式来保持线程的同步。并且能够实现不同进程中的线程同步操作。。

信号量包含的几个操作原语:

CreateEvent()创建一个信号量

OpenEvent()打开一个事件

SetEvent()回置事件

WaitForSingleObject()等待一个事件

WaitForMultipleObjects()等待多个事件

事件能够实现不同进程中的线程同步操作,并且能够方便的实现多个线程的优先比较等待操作,例如写多个WaitForSingleObject来代替WaitForMultipleObjects从而使编程更加灵活。

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1.互斥量和临界区的作用很相似,但互斥量是能够命名的,也就是说他能够跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多,所以假如只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建,就能够通过名字打开他。!

2.互斥量(Mutex),信号灯(Semaphore),事件(Event)都能够被跨越进程使用来进行同步数据操作,而其他的对象和数据同步操作无关,但对于进程和线程来讲,假如进程和线程在运行状态则为无信号状态,在退出后为有信号状态。所以能够使用WaitForSingleObject来等待进程和线程退出。

3.通过互斥量能够指定资源被独占的方式使用,但假如有下面一种情况通过互斥量就无法处理,比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统,能够根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作,这时候假如利用互斥量就没有办法完成这个需要,信号灯对象能够说是一种资源计数器。

解决多线程中11个常见问题

并发危险 解决多线程代码中的11 个常见的问题 Joe Duffy 本文将介绍以下内容:?基本并发概念 ?并发问题和抑制措施 ?实现安全性的模式?横切概念本文使用了以下技术: 多线程、.NET Framework 目录 数据争用 忘记同步 粒度错误 读写撕裂 无锁定重新排序 重新进入 死锁 锁保护 戳记 两步舞曲 优先级反转 实现安全性的模式 不变性 纯度 隔离 并发现象无处不在。服务器端程序长久以来都必须负责处理基本并发编程模型,而随着多核处理器的日益普及,客户端程序也将需要执行一些任务。随着并发操作的不断增加,有关确保安全的问题也浮现出来。也就是说,在面对大量逻辑并发操作和不断变化的物理硬件并行性程度时,程序必须继续保持同样级别的稳定性和可靠性。 与对应的顺序代码相比,正确设计的并发代码还必须遵循一些额外的规则。对内存的读写以及对共享资源的访问必须使用同步机制进行管制,以防发生冲突。另外,通常有必要对线程进行协调以协同完成某项工作。 这些附加要求所产生的直接结果是,可以从根本上确保线程始终保持一致并且保证其顺利向前推进。同步和协调对时间的依赖性很强,这就导致了它们具有不确定性,难于进行预测和测试。 这些属性之所以让人觉得有些困难,只是因为人们的思路还未转变过来。没有可供学习的专门API,也没有可进行复制和粘贴的代码段。实际上的确有一组基础概念需要您学习和适应。很可能随着时间的推移某些语言和库会隐藏一些概念,但如果您现在就开始执行并发操作,则不会遇到这种情况。本

文将介绍需要注意的一些较为常见的挑战,并针对您在软件中如何运用它们给出一些建议。 首先我将讨论在并发程序中经常会出错的一类问题。我把它们称为“安全隐患”,因为它们很容易发现并且后果通常比较严重。这些危险会导致您的程序因崩溃或内存问题而中断。 当从多个线程并发访问数据时会发生数据争用(或竞争条件)。特别是,在一个或多个线程写入一段数据的同时,如果有一个或多个线程也在读取这段数据,则会发生这种情况。之所以会出现这种问题,是因为Windows 程序(如C++ 和Microsoft .NET Framework 之类的程序)基本上都基于共享内存概念,进程中的所有线程均可访问驻留在同一虚拟地址空间中的数据。静态变量和堆分配可用于共享。请考虑下面这个典型的例子: static class Counter { internal static int s_curr = 0; internal static int GetNext() { return s_curr++; } } Counter 的目标可能是想为GetNext 的每个调用分发一个新的唯一数字。但是,如果程序中的两个线程同时调用GetNext,则这两个线程可能被赋予相同的数字。原因是s_curr++ 编译包括三个独立的步骤: 1.将当前值从共享的s_curr 变量读入处理器寄存器。 2.递增该寄存器。 3.将寄存器值重新写入共享s_curr 变量。 按照这种顺序执行的两个线程可能会在本地从s_curr 读取了相同的值(比如42)并将其递增到某个值(比如43),然后发布相同的结果值。这样一来,GetNext 将为这两个线程返回相同的数字,导致算法中断。虽然简单语句s_curr++ 看似不可分割,但实际却并非如此。 忘记同步 这是最简单的一种数据争用情况:同步被完全遗忘。这种争用很少有良性的情况,也就是说虽然它们是正确的,但大部分都是因为这种正确性的根基存在问题。 这种问题通常不是很明显。例如,某个对象可能是某个大型复杂对象图表的一部分,而该图表恰好可使用静态变量访问,或在创建新线程或将工作排入线程池时通过将某个对象作为闭包的一部分进行传递可变为共享图表。 当对象(图表)从私有变为共享时,一定要多加注意。这称为发布,在后面的隔离上下文中会对此加以讨论。反之称为私有化,即对象(图表)再次从共享变为私有。 对这种问题的解决方案是添加正确的同步。在计数器示例中,我可以使用简单的联锁: static class Counter { internal static volatile int s_curr = 0; internal static int GetNext() { return Interlocked.Increment(ref s_curr);

实验2-2windows2000 线程同步

实验2 并发与调度 2.2 Windows 2000线程同步 (实验估计时间:120分钟) 背景知识 实验目的 工具/准备工作 实验内容与步骤 背景知识 Windows 2000提供的常用对象可分成三类:核心应用服务、线程同步和线程间通讯。其中,开发人员可以使用线程同步对象来协调线程和进程的工作,以使其共享信息并执行任务。此类对象包括互锁数据、临界段、事件、互斥体和信号等。 多线程编程中关键的一步是保护所有的共享资源,工具主要有互锁函数、临界段和互斥体等;另一个实质性部分是协调线程使其完成应用程序的任务,为此,可利用内核中的事件对象和信号。 在进程内或进程间实现线程同步的最方便的方法是使用事件对象,这一组内核对象允许一个线程对其受信状态进行直接控制 (见表4-1) 。 而互斥体则是另一个可命名且安全的内核对象,其主要目的是引导对共享资源的访问。拥有单一访问资源的线程创建互斥体,所有想要访问该资源的线程应该在实际执行操作之前获得互斥体,而在访问结束时立即释放互斥体,以允许下一个等待线程获得互斥体,然后接着进行下去。 与事件对象类似,互斥体容易创建、打开、使用并清除。利用CreateMutex() API 可创建互斥体,创建时还可以指定一个初始的拥有权标志,通过使用这个标志,只有当线程完成了资源的所有的初始化工作时,才允许创建线程释放互斥体。

为了获得互斥体,首先,想要访问调用的线程可使用OpenMutex() API来获得指向对象的句柄;然后,线程将这个句柄提供给一个等待函数。当内核将互斥体对象发送给等待线程时,就表明该线程获得了互斥体的拥有权。当线程获得拥有权时,线程控制了对共享资源的访问——必须设法尽快地放弃互斥体。放弃共享资源时需要在该对象上调用ReleaseMute() API。然后系统负责将互斥体拥有权传递给下一个等待着的线程(由到达时间决定顺序) 。 实验目的 在本实验中,通过对事件和互斥体对象的了解,来加深对Windows 2000线程同步的理解。 1) 回顾系统进程、线程的有关概念,加深对Windows 2000线程的理解。 2) 了解事件和互斥体对象。 3) 通过分析实验程序,了解管理事件对象的API。 4) 了解在进程中如何使用事件对象。 5) 了解在进程中如何使用互斥体对象。 6) 了解父进程创建子进程的程序设计方法。 工具/准备工作 在开始本实验之前,请回顾教科书的相关内容。 您需要做以下准备: 1) 一台运行Windows 2000 Professional操作系统的计算机。 2) 计算机中需安装Visual C++ 6.0专业版或企业版。 实验内容与步骤 1. 事件对象 2. 互斥体对象 1. 事件对象 清单2-1程序展示了如何在进程间使用事件。父进程启动时,利用CreateEvent() API创建一个命名的、可共享的事件和子进程,然后等待子进程向事件发出信号并终止父进程。在创建时,子进程通过OpenEvent() API打开事件对象,调用SetEvent() API使其转化为已接受信号状态。两个进程在发出信号之后几乎立即终止。 步骤1:登录进入Windows 2000 Professional。 步骤2:在“开始”菜单中单击“程序”-“Microsoft Visual Studio 6.0”–“Microsoft Visual C++ 6.0”命令,进入Visual C++窗口。

4:一个经典的多线程同步问题汇总

一个经典的多线程同步问题 程序描述: 主线程启动10个子线程并将表示子线程序号的变量地址作为参数传递给子线程。子线程接收参数 -> sleep(50) -> 全局变量++ -> sleep(0) -> 输出参数和全局变量。 要求: 1.子线程输出的线程序号不能重复。 2.全局变量的输出必须递增。 下面画了个简单的示意图: 分析下这个问题的考察点,主要考察点有二个: 1.主线程创建子线程并传入一个指向变量地址的指针作参数,由于线程启动须要花费一定的时间,所以在子线程根据这个指针访问并保存数据前,主线程应等待子线程保存完毕后才能改动该参数并启动下一个线程。这涉及到主线程与子线程之间的同步。 2.子线程之间会互斥的改动和输出全局变量。要求全局变量的输出必须递增。这涉及到各子线程间的互斥。 下面列出这个程序的基本框架,可以在此代码基础上进行修改和验证。 //经典线程同步互斥问题 #include #include #include long g_nNum; //全局资源 unsigned int__stdcall Fun(void *pPM); //线程函数 const int THREAD_NUM = 10; //子线程个数 int main() { g_nNum = 0;

HANDLE handle[THREAD_NUM]; int i = 0; while (i < THREAD_NUM) { handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL); i++;//等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值} //保证子线程已全部运行结束 WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE); return 0; } unsigned int__stdcall Fun(void *pPM) { //由于创建线程是要一定的开销的,所以新线程并不能第一时间执行到这来int nThreadNum = *(int *)pPM; //子线程获取参数 Sleep(50);//some work should to do g_nNum++; //处理全局资源 Sleep(0);//some work should to do printf("线程编号为%d 全局资源值为%d\n", nThreadNum, g_nNum); return 0; } 运行结果:

多线程同步操作多个窗口

多线程同步操作多个窗口 RunApp "notepad.exe" RunApp "notepad.exe" RunApp "notepad.exe" Delay 2000 Dimenv temp_Hwnd temp_Hwnd = 0 Dim str, arr, i str = Plugin.Window.Search("无标题- 记事本") arr = Split(str, "|") For i = 0 To UBound(arr) - 1 temp_Hwnd = Plugin.Window.FindEx(arr(i), 0, "Edit", 0) BeginThread WriteString While temp_Hwnd <> 0'判断多线程已经启动完毕,继续循环下一个。 Delay 500 Wend Next EndScript Function WriteString() Dim str, Hwnd Hwnd = temp_Hwnd temp_Hwnd = 0 Do str = WaitKey If Hwnd <> Plugin.Window.GetKeyFocusWnd Then Call Plugin.Bkgnd.KeyPress(Hwnd, str) End If Loop End Function 多线程多开窗口同步执行与子线程间的数值如何传递: 1.Dimenv IsThread, i 2.Dim arr_Thread() 3.For i = 0 To 2 4. IsThread = False'未启动线程 5. Redim Preserve arr_Thread(i) 6. arr_Thread(i) = BeginThread(EnterThread) 7. While IsThread = False'未启动成功,等待中 8. Delay 500 9. Wend 10. '跳出循环说明 IsThread = True,已经执行到了,循环继续启动下一个 11.Next

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(操作系统课设)

. 题目用多线程同步方法解决生产者-消费 者问题(Producer-Consumer Problem) 学院计算机科学与技术学院 专业软件工程 班级 姓名 指导教师 年月日

目录 目录 (1) 课程设计任务书 (2) 正文 (2) 1.设计目的与要求 (2) 1.1设计目的 (2) 1.2设计要求 (2) 2.设计思想及系统平台 (2) 2.1设计思想 (2) 2.2系统平台及使用语言 (2) 3.详细算法描述 (3) 4.源程序清单 (5) 5.运行结果与运行情况 (10) 6.调试过程 (15) 7.总结 (15) 本科生课程设计成绩评定表 (16)

课程设计任务书 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作单位:计算机科学与技术学院 题目: 用多线程同步方法解决生产者-消费者问题 (Producer-Consumer Problem) 初始条件: 1.操作系统:Linux 2.程序设计语言:C语言 3.有界缓冲区内设有20个存储单元,其初值为0。放入/取出的数据项按增序设定为1-20这20个整型数。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要 求) 1.技术要求: 1)为每个生产者/消费者产生一个线程,设计正确的同步算法 2)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的当前全部内容、当前指针位置和生产者/消费者线程的自定义标识符。 3)生产者和消费者各有两个以上。 4)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 2.设计说明书内容要求: 1)设计题目与要求 2)总的设计思想及系统平台、语言、工具等。 3)数据结构与模块说明(功能与流程图) 4)给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。(要注明存储各个程序及其运行结果的主机IP地址和目录。) 5)运行结果与运行情况 (提示: (1)有界缓冲区可用数组实现。 (2)编译命令可用:cc -lpthread -o 目标文件名源文件名 (3)多线程编程方法参见附件。) 3. 调试报告: 1)调试记录 2)自我评析和总结 上机时间安排: 18周一~ 五 08:0 - 12:00 指导教师签名:年月日

四种进程或线程同步互斥的控制方法

四种进程或线程同步互斥的控制方法 1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数据访问。 2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。 3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。 4、事件:用来通知线程有一些事件已发生,从而启动后继任务的开始。 一临界区 临界区的使用在线程同步中应该算是比较简单,说它简单还是说它同后面讲到的其它方法相比更容易理解。举个简单的例子:比如说有一个全局变量(公共资源)两个线程都会对它进行写操作和读操作,如果我们在这里不加以控制,会产生意想不到的结果。假设线程A 正在把全局变量加1然后打印在屏幕上,但是这时切换到线程B,线程B又把全局变量加1然后又切换到线程A,这时候线程A打印的结果就不是程序想要的结果,也就产生了错误。解决的办法就是设置一个区域,让线程A在操纵全局变量的时候进行加锁,线程B如果想操纵这个全局变量就要等待线程A释放这个锁,这个也就是临界区的概念。 二互斥体 windows api中提供了一个互斥体,功能上要比临界区强大。也许你要问,这个东东和临界区有什么区别,为什么强大?它们有以下几点不一致: 1.critical section是局部对象,而mutex是核心对象。因此像waitforsingleobject是不可以等待临界区的。 2.critical section是快速高效的,而mutex同其相比要慢很多 3.critical section使用围是单一进程中的各个线程,而mutex由于可以有一个名字,因此它是可以应用于不同的进程,当然也可以应用于同一个进程中的不同线程。 4.critical section 无法检测到是否被某一个线程释放,而mutex在某一个线程结束之后会产生一个abandoned的信息。同时mutex只能被拥有它的线程释放。下面举两个应用mutex 的例子,一个是程序只能运行一个实例,也就是说同一个程序如果已经运行了,就不能再运行了;另一个是关于非常经典的哲学家吃饭问题的例子。 三事件 事件对象的特点是它可以应用在重叠I/O(overlapped I/0)上,比如说socket编程中有两种模型,一种是重叠I/0,一种是完成端口都是可以使用事件同步。它也是核心对象,因此可以被waitforsingleobje这些函数等待;事件可以有名字,因此可以被其他进程开启。 四信号量 semaphore的概念理解起来可能要比mutex还难,我先简单说一下创建信号量的函数,因为我在开始使用的时候没有很快弄清楚,可能现在还有理解不对的地方,如果有错误还是请大侠多多指教。 CreateSemaphore( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, // SD LONG lInitialCount, // initial count LONG lMaximumCount, // maximum count LPCTSTR lpName // object name )

Windows下多线程同步机制

多线程同步机制 Critical section(临界区)用来实现“排他性占有”。适用范围是单一进程的各线程之间。它是: ·一个局部性对象,不是一个核心对象。 ·快速而有效率。 ·不能够同时有一个以上的critical section被等待。 ·无法侦测是否已被某个线程放弃。 Mutex Mutex是一个核心对象,可以在不同的线程之间实现“排他性占有”,甚至几十那些现成分属不同进程。它是: ·一个核心对象。 ·如果拥有mutex的那个线程结束,则会产生一个“abandoned”错误信息。 ·可以使用Wait…()等待一个mutex。 ·可以具名,因此可以被其他进程开启。 ·只能被拥有它的那个线程释放(released)。 Semaphore Semaphore被用来追踪有限的资源。它是: ·一个核心对象。 ·没有拥有者。 ·可以具名,因此可以被其他进程开启。 ·可以被任何一个线程释放(released)。 Ev ent Object Ev ent object通常使用于overlapped I/O,或用来设计某些自定义的同步对象。它是: ·一个核心对象。 ·完全在程序掌控之下。 ·适用于设计新的同步对象。 · “要求苏醒”的请求并不会被储存起来,可能会遗失掉。 ·可以具名,因此可以被其他进程开启。 Interlocked Variable 如果Interlocked…()函数被使用于所谓的spin-lock,那么他们只是一种同步机制。所谓spin-lock是一种busy loop,被预期在极短时间内执行,所以有最小的额外负担(overhead)。系统核心偶尔会使用他们。除此之外,interlocked variables主要用于引用技术。他们:·允许对4字节的数值有些基本的同步操作,不需动用到critical section或mutex之类。 ·在SMP(Symmetric Multi-Processors)操作系统中亦可有效运作。 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(操作系统课设)

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(操作系统课设)

题目 用多线程同步方法解决生产者-消费 者问题(Producer-Consume r Problem) 学院 物理学与电子信息工程学院 专业电子信息工程班级08电信本一班姓名 指导教师 2010 年12 月日

目录 目录 0 课程设计任务书 (1) 正文 (3) 1.设计目的与要求 (3) 1.1设计目的 (3) 1.2设计要求 (3) 2.设计思想及系统平台 (3) 2.1设计思想 (3) 2.2系统平台及使用语言 (3) 3.详细算法描述 (4) 4.源程序清单 (7) 5.运行结果与运行情况 (12) 6.调试过程 (16) 7.总结 (16)

课程设计任务书 题目: 用多线程同步方法解决生产者-消费者问题 (Producer-Consumer Problem) 初始条件: 1.操作系统:Linux 2.程序设计语言:C语言 3.有界缓冲区内设有20个存储单元,其初 值为0。放入/取出的数据项按增序设定为 1-20这20个整型数。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) 1.技术要求: 1)为每个生产者/消费者产生一个线程,设计正确的同步算法 2)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的当前全部 内容、当前指针位置和生产者/消费者

线程的自定义标识符。 3)生产者和消费者各有两个以上。 4)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 2.设计说明书内容要求: 1)设计题目与要求 2)总的设计思想及系统平台、语言、工具 等。 3)数据结构与模块说明(功能与流程图) 4)给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。(要注明存储各个 程序及其运行结果的主机IP地址和目 录。) 5)运行结果与运行情况 (提示: (1)有界缓冲区可用数组实现。 (2)编译命令可用:cc -lpthread -o 目标文件名源文件名 (3)多线程编程方法参见附件。) 3. 调试报告: 1)调试记录 2)自我评析和总结

多线程同步方法及比较

多线程同步方法及比较 多线程同步方法: 1.临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数 据访问。. 2.互斥量:为协调一起对一个共享资源的单独访问而设计的。. 3.信号量:为控制一个具备有限数量用户资源而设计。. 4.事件:用来通知线程有一些事件已发生,从而启动后继任务的开始。 临界区(Critical Section).. 确保在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。假如有多个线程试图同时访问临界区,那么在有一个线程进入后其他任何试图访问此临界区的线程将被挂起,并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后,其他线程能够继续抢占,并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。 临界区包含两个操作原语: EnterCriticalSection()进入临界区 LeaveCriticalSection()离开临界区。 EnterCriticalSection()语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么,必须确保和之匹配的LeaveCriticalSection()都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快,但却只能用来同步本进程内的线程,而不可用来同步多个进程中的线程。 MFC为临界区提供有一个CCriticalSection类,使用该类进行线程同步处理是很简单的。只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock()和UnLock()标定出被保护代码片段即可。Lock()后代码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。. ------------------------------------------------

Step by Step:Linux C多线程编程入门(基本API及多线程的同步与互斥)

介绍:什么是线程,线程的优点是什么 线程在Unix系统下,通常被称为轻量级的进程,线程虽然不是进程,但却可以看作是Unix进程的表亲,同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间,文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈(call stack),自己的寄存器环境(register context),自己的线程本地存储(thread-local storage)。 一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。 线程可以提高应用程序在多核环境下处理诸如文件I/O或者socket I/O等会产生堵塞的情况的表现性能。在Unix系统中,一个进程包含很多东西,包括可执行程序以及一大堆的诸如文件描述符地址空间等资源。在很多情况下,完成相关任务的不同代码间需要交换数据。如果采用多进程的方式,那么通信就需要在用户空间和内核空间进行频繁的切换,开销很大。但是如果使用多线程的方式,因为可以使用共享的全局变量,所以线程间的通信(数据交换)变得非常高效。 Hello World(线程创建、结束、等待) 创建线程 pthread_create 线程创建函数包含四个变量,分别为: 1. 一个线程变量名,被创建线程的标识 2. 线程的属性指针,缺省为NULL即可 3. 被创建线程的程序代码 4. 程序代码的参数 For example: - pthread_t thrd1? - pthread_attr_t attr? - void thread_function(void argument)? - char *some_argument? pthread_create(&thrd1, NULL, (void *)&thread_function, (void *) &some_argument); 结束线程 pthread_exit 线程结束调用实例:pthread_exit(void *retval); //retval用于存放线程结束的退出状态 线程等待 pthread_join pthread_create调用成功以后,新线程和老线程谁先执行,谁后执行用户是不知道的,这一块取决与操作系统对线程的调度,如果我们需要等待指定线程结束,需要使用pthread_join函数,这个函数实际上类似与多进程编程中的waitpid。 举个例子,以下假设 A 线程调用 pthread_join 试图去操作B线程,该函数将A线程阻塞,直到B线程退出,当B线程退出以后,A线程会收集B线程的返回码。 该函数包含两个参数:pthread_t th //th是要等待结束的线程的标识 void **thread_return //指针thread_return指向的位置存放的是终止线程的返回状态。 调用实例:pthread_join(thrd1, NULL); example1: 1 /************************************************************************* 2 > F i l e N a m e: t h r e a d_h e l l o_w o r l d.c 3 > A u t h o r: c o u l d t t(f y b y) 4 > M a i l: f u y u n b i y i@g m a i l.c o m 5 > C r e a t e d T i m e: 2013年12月14日 星期六 11时48分50秒 6 ************************************************************************/ 7 8 #i n c l u d e 9 #i n c l u d e 10 #i n c l u d e

11 12 v o i d p r i n t_m e s s a g e_f u n c t i o n (v o i d *p t r)? 13 14 i n t m a i n() 15 { 16 i n t t m p1, t m p2?

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题

目录 1.需求分析 (1) 1.1 课程设计题目 (1) 1.2 课程设计任务 (1) 1.3 课程设计原理 (1) 1.4 课程设计要求 (1) 1.5 实验环境 (1) 2. 概要设计 (2) 2.1 课程设计方案概述 (2) 2.2 课程设计流程图 (2) 3.详细设计 (3) 3.1 主程序模块 (3) 3.2 生产者程序模块 (4) 3.3 消费者程序模块 (5) 4.调试中遇到的问题及解决方案 (5) 5.运行结果 (6) 6.实验小结 (7) 参考文献 (7) 附录:源程序清单 (7)

1.需求分析 1.1 课程设计题目 用多线程同步方法解决生产者-消费者问题 1.2 课程设计任务 (1)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的全部内容、 当前指针位置和生产者/消费者线程的标识符。 (2)生产者和消费者各有两个以上。 (3)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 1.3 课程设计原理 生产者和消费者问题是从操作系统中的许多实际同步问题中抽象出来的具有代表性的问题,它反映了操作系统中典型的同步例子,生产者进程(进程由多个线程组成)生产信息,消费者进程使用信息,由于生产者和消费者彼此独立,且运行速度不确定,所以很可能出现生产者已产生了信息而消费者却没有来得及接受信息这种情况。为此,需要引入由一个或者若干个存储单元组成的临时存储区(即缓冲区),以便存放生产者所产生的信息,解决平滑进程间由于速度不确定所带来的问题。 1.4 课程设计要求 (1)有界缓冲区内设有20个存储单元,放入/取出的数据项设定为1~20这20个整型数。 (2)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的全部内容、 当前指针位置和生产者/消费者线程的标识符。 (3)生产者和消费者各有两个以上。 (4)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 1.5 实验环境 系统平台:LINUX 开发语言:C 开发工具:PC机一台

同步多线程-(SMT)-技术基础

同步多线程(SMT) 技术基础 介绍 微处理器设计的发展和我们对速度的需求,诞生了很多新技术并使它们迅速发展,也使现在的以及下一代的处理器的效率和性能都有了提升。一定的体系结构下,在提高性能、降低开销和指令级并行性(ILP之间)加以平衡,可以降低平均CPI。 同步多线程技术(SMT)是一种体系结构模型,其目的是在现有硬件条件下,通过提高计算能力来提高处理器的性能。因此,同步多线程技术结合了多重启动处理器(超标量和VLIW)和多线程处理器的思想来增加并行度,进而提高性能。 多重启动处理器可以在一个周期内执行多条(2,4甚至8条)指令,而多线程和多处理器(SMP和CMP)结构可以同时或者在很少的延迟内执行来自不同线程的指令。SMT结构中,不仅在一周期内启动多条指令,而且也能在同一周期内启动来自相互独立的线程(或上下文)的指令。在理论上,这种改进运用了指令级并行性(ILP)和线程级并行性(TLP)技术来提高执行功能单元的效率。 同步多线程技术之前的研究 多重启动处理器(Multiple Issue Processors) 运用在超标量和VLIW上的多重启动处理器,其目的是为了降低平均CPI,通过在一个周期内启动多条指令,充分利用处理器的功能单元。要想有效利用多重启动处理器资源的关键就是在运行的程序中,发现足够的指令级并行性,通常这种并行性是由硬件决定的。超长指令字(VLIW)处理器每周期启动固定数目的操作,而这些操作是由编译器决定的。 超标量处理器通常是指“动态调度”(dynamically scheduled)的多重启动处理器,因为他们是通过硬件来发现代码中的并行性。不同的是,VLIW处理器通常是“静态调度”(statically scheduled)的,因为他们依靠编译器来发现并优化指令级并行性。 无论是动态或是静态调度,如何有效利用多重启动处理器,依赖于发现并利用指令级并行性。指令级并行性来自同一个上下文环境、程序或线程。CPU和编译器重新安排和启动指令,以此来最大限度的利用资源而不改变应用程序的完整性。在多重启动处理器中,如果不能发现足够的并行指令来填满发射槽(issue slot),那么资源就被浪费了。 超标量处理器现在大致有DEC/Compaq 21164, PowerPC, MIPS R10000, Sun UltraSparc 和 Hewlett Packard PA-8000。而VLIW处理器则包括Intel IA-64 (Itanium) 和Transmeta Crusoe。对多重启动处理器和使用记分牌(scoreboarding)和Tomasulo算法的动态调度已经有了很多研究,我将不再花费时间分析他们。 多线程处理器(Multithreaded Processors) 多线程处理器主要通过降低操作延迟以提高处理器的效率,比如说cache失效和需要长执行周期的指令。一个多线程处理器通过分配给每个线程独立的PC(program counter)和寄存器来保持线程间相互独立的状态。由于每个处理器在切换上下文时几乎没有延迟,所以每个周期可以启动来自不同线程的指令。如果处理器在每个周期切换上下文,这就叫做细颗粒(fine-grained)的多线程或交叉(interleaving)。粗颗粒(Course grain)的多线程处理器则是在某一线程出现长延迟时,才切换线程,以保证指令的持续启动。正是由于存在分离的、独立的上下文和指令资源,多线程体系结构才能利用线程级并行性(TLP),从而提高处理器的效率。多线程处理器通过比传统处理器更精细地共享处理器资源,从而

线程同步机制实验报告

线程同步机制实验报告

一、实验目的: 通过观察共享数据资源但不受控制的两个线程的并发运行输出结果,体会同步机制的必要性和重要性。然后利用现有操作系统提供的同步机制编程实现关于该两个线程的有序控制,同时要求根据同步机制的Peterson软件解决方案尝试自己编程实现同步机制和用于同一问题的解决,并基于程序运行时间长短比较两种同步机制。 二、实验内容: 1、基于给定银行账户间转账操作模拟代码作为线程执行代码,在主线程中 创建两个并发线程,编程实现并观察程序运行结果和予以解释说明。(无 同步机制) 2、利用Win32 API中互斥信号量操作函数解决上述线程并发问题,并分析、 尝试和讨论线程执行体中有关信号量操作函数调用的正确位置。 3、根据同步机制的Peterson软件解决方案尝试自己编程实现线程同步机制 和用于上述线程并发问题的解决,并基于程序运行时间长短将其与基于 Win32 API互斥信号量的线程同步机制的效率展开比较。其间,可规定线 程主体代码循环执行1000000次。 三、实验环境: 操作系统:Windows 7 软件:VC++ 四、实验设计: 本实验包含三个基于并发线程的程序,第一个没有同步机制,第二个利 用Win32 API中互斥信号量操作函数解决线程并发问题,第三个根据同 步机制的Peterson软件解决方案实现线程同步机制并解决线程并发问 题。三个程序拥有相同的线程主体: 线程主体设计: do{ nTemp1 = nAccount1; nTemp2 = nAccount2; nRandom = rand(); nAccount1 = nTemp1 + nRandom; nAccount2 = nTemp2 - nRandom; nLoop++; } while ((nAccount1 + nAccount2)==0); 该线程主体是对银行账户间转账操作模拟的模拟,可知,若并发的

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题操作系统课设

学号: 课程设计 题目用多线程同步方法解决生产者-消费 者问题(Producer-Consumer Problem) 学院计算机科学与技术学院 专业软件工程 班级 姓名 指导教师 年月日

目录 目录 (1) 课程设计任务书 (1) 正文 (2) 1.设计目的与要求 (2) 1.1设计目的 (2) 1.2设计要求 (2) 2.设计思想及系统平台 (2) 2.1设计思想 (2) 2.2系统平台及使用语言 (2) 3.详细算法描述 (3) 4.源程序清单 (5) 5.运行结果与运行情况 (10) 6.调试过程 (13) 7.总结 (13) 本科生课程设计成绩评定表 ..................................................... 错误!未定义书签。 课程设计任务书 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作单位:计算机科学与技术学院 题目: 用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(Producer-Consumer Problem) 初始条件: 1.操作系统:Linux 2.程序设计语言:C语言 3.有界缓冲区内设有20个存储单元,其初值为0。放入/取出的数据项按增序设定为1-20这20个整型数。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要 求) 1.技术要求:

1)为每个生产者/消费者产生一个线程,设计正确的同步算法 2)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的当前全部内容、当前指针位置和生产者/消费者线程的自定义标识符。 3)生产者和消费者各有两个以上。 4)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 2.设计说明书内容要求: 1)设计题目与要求 2)总的设计思想及系统平台、语言、工具等。 3)数据结构与模块说明(功能与流程图) 4)给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。(要注明存储各个程序及其运行结果的主机IP地址和目录。) 5)运行结果与运行情况 (提示: (1)有界缓冲区可用数组实现。 (2)编译命令可用:cc -lpthread -o 目标文件名源文件名 (3)多线程编程方法参见附件。) 3. 调试报告: 1)调试记录 2)自我评析和总结 上机时间安排: 18周一~ 五 08:0 - 12:00 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

操作系统实验线程的同步

操作系统实验线程的同步 部门: xxx 时间: xxx 整理范文,仅供参考,可下载自行编辑

实验六线程的同步 1、实验目的 (1)进一步掌握Windows系统环境下线程的创建与撤销。 (2)熟悉Windows系统提供的线程同步API。 (3)使用Windows系统提供的线程同步API解决实际问题。 2、实验准备知识:相关API函数介绍 ①等待对象 等待对象

·Waitable timer:定时器。 原型: DWORD WaitForSingleObject( HANDLE hHandle, // 对象句柄 DWORD dwMilliseconds // 等待时间 ); 参数说明: (1)hHandle:等待对象的对象句柄。该对象句柄必须为SYNCHRONIZE访问。 dwMilliseconds:等待时间,单位为ms。若该值为 0,函数在测试对象的状态后立即返回,若为 INFINITE,函数一直等待下去,直到接收到一个信 号将其唤醒,如表2-1所示。p1EanqFDPw 返回值: 如果成功返回,其返回值说明是何种事件导致函数返回。 表2-1 函数描述 用法举例: Static HANDLE hHandlel = NULL。

线程同步机制实验报告

线程同步机制 实验报告 一、实验目的: 通过观察共享数据资源但不受控制的两个线程的并发运行输出结果,体会同步机制的必要性和重要性。然后利用现有操作系统提供的同步机制编程实现

关于该两个线程的有序控制,同时要求根据同步机制的Peterson软件解决方案尝试自己编程实现同步机制和用于同一问题的解决,并基于程序运行时间长短比较两种同步机制。 二、实验容: 1、基于给定银行账户间转账操作模拟代码作为线程执行代码,在主线程中 创建两个并发线程,编程实现并观察程序运行结果和予以解释说明。(无 同步机制) 2、利用Win32 API中互斥信号量操作函数解决上述线程并发问题,并分析、 尝试和讨论线程执行体中有关信号量操作函数调用的正确位置。 3、根据同步机制的Peterson软件解决方案尝试自己编程实现线程同步机制 和用于上述线程并发问题的解决,并基于程序运行时间长短将其与基于 Win32 API互斥信号量的线程同步机制的效率展开比较。其间,可规定线 程主体代码循环执行1000000次。 三、实验环境: 操作系统:Windows 7 软件:VC++6.0 四、实验设计: 本实验包含三个基于并发线程的程序,第一个没有同步机制,第二个利用Win32 API中互斥信号量操作函数解决线程并发问题,第三个根据同 步机制的Peterson软件解决方案实现线程同步机制并解决线程并发问 题。三个程序拥有相同的线程主体: 线程主体设计: do{ nTemp1 = nAccount1; nTemp2 = nAccount2; nRandom = rand(); nAccount1 = nTemp1 + nRandom; nAccount2 = nTemp2 - nRandom; nLoop++; } while ((nAccount1 + nAccount2)==0); 该线程主体是对银行账户间转账操作模拟的模拟,可知,若并发的线程不发生交叉,则依次转账操作后nAccount1 + nAccount2的值永远 为0,程序不会跳出循环,如果线程发生交叉,则经过若干次转账操作 后,就有可能出现nAccount1 + nAccount2不为0的情况,此时程序跳 出循环。本实验的三个程序就是基于此线程主体逐步实现的。

c++多线程编程之四——线程的同步

八、线程的同步 虽然多线程能给我们带来好处,但是也有不少问题需要解决。例如,对于像磁盘驱动器这样独占性系统资源,由于线程可以执行进程的任何代码段,且线程的运行是由系统调度自动完成的,具有一定的不确定性,因此就有可能出现两个线程同时对磁盘驱动器进行操作,从而出现操作错误;又例如,对于银行系统的计算机来说,可能使用一个线程来更新其用户数据库,而用另外一个线程来读取数据库以响应储户的需要,极有可能读数据库的线程读取的是未完全更新的数据库,因为可能在读的时候只有一部分数据被更新过。 使隶属于同一进程的各线程协调一致地工作称为线程的同步。MFC提供了多种同步对象,下面我们只介绍最常用的四种: ?临界区(CCriticalSection) ?事件(CEvent) ?互斥量(CMutex) ?信号量(CSemaphore) 通过这些类,我们可以比较容易地做到线程同步。 A、使用CCriticalSection 类 当多个线程访问一个独占性共享资源时,可以使用“临界区”对象。任一时刻只有一个线程可以拥有临界区对象,拥有临界区的线程可以访问被保护起来的资源或代码段,其他希望进入临界区的线程将被挂起等待,直到拥有临界区的线程放弃临界区时为止,这样就保证了不会在同一时刻出现多个线程访问共享资源。 CCriticalSection类的用法非常简单,步骤如下: 1.定义CCriticalSection类的一个全局对象(以使各个线程均能访问),如 CCriticalSection critical_section; 2.在访问需要保护的资源或代码之前,调用CCriticalSection类的成员Lock ()获得临界区对象: 3.critical_section.Lock(); 在线程中调用该函数来使线程获得它所请求的临界区。如果此时没有其它线程占有临界区对象,则调用Lock()的线程获得临界区;否则,线程将被

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