实验二 编程实现进程(线程)同步和互斥
实验、进程的同步与互斥——生产者消费者
实验、进程的同步与互斥——⽣产者消费者1. 1. 实验⽬的两个或两个以上的进程,不能同时进⼊关于同⼀组共享变量的临界区域,否则可能发⽣与时间有关的错误,这种现象被称作进程互斥。
对CPU的速度和数⽬不做出任何假设的前提下，并发进程互斥访问临界资源，是⼀个较好的解决⽅案。
另外，还需要解决异步环境下的进程同步问题。
所谓异步环境是指：相互合作的⼀组并发进程，其中每⼀个进程都以各⾃独⽴的、不可预知的速度向前推进；但它们⼜需要密切合作，以实现⼀个共同的任务，即彼此“知道”相互的存在和作⽤。
实验⽬的：分析进程争⽤资源的现象，学习解决进程同步与互斥的⽅法。
本实验属于设计型实验，实验者可根据⾃⾝情况选⽤合适的开发环境和程序架构。
1. 2. 实验原理信号量的PV操作与处理相关，P表⽰通过的意思，V表⽰释放的意思。
1962年，狄克斯特拉离开数学中⼼进⼊位于荷兰南部的艾恩德霍芬技术⼤学(Eindhoven Technical University)任数学教授。
在这⾥，他参加了X8计算机的开发，设计与实现了具有多道程序运⾏能⼒的操作系统——THE Multiprogramming System。
THE是艾恩德霍芬技术⼤学的荷兰⽂Tchnische Hoogeschool Eindhov –en的词头缩写。
狄克斯特拉在THE这个系统中所提出的⼀系统⽅法和技术奠定了计算机现代操作系统的基础，尤其是关于多层体系结构，顺序进程之间的同步和互斥机制这样⼀些重要的思想和概念都是狄克斯特拉在THE中⾸先提出并为以后的操作系统如UNIX等所采⽤的。
为了在单处理机的情况下确定进程(process)能否占有处理机，狄克斯特拉将每个进程分为“就绪”(ready)、“运⾏”(running)和“阻塞”(blocking)三个⼯作状态。
由于在任⼀时刻最多只有⼀个进程可以使⽤处理机，正占⽤着处理机的进程称为“运⾏”进程。
当某进程已具备了使⽤处理机的条件，⽽当前⼜没有处理机供其使⽤，则使该进程处于“就绪”状态。
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。
进程的同步与互斥实验报告
进程的同步与互斥实验报告1.实验目的进程（线程）的同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，本实验旨在通过实际操作，加深对这些概念的理解和掌握。
通过编写多个进程（线程），并在其间进行同步与互斥操作，验证同步与互斥的实际效果。
2.实验环境本实验在Linux系统下进行，使用C/C++语言编程。
3.实验内容3.1同步在实验中，我们编写了两个进程A和B，这两个进程需要按照特定的顺序执行。
为了实现同步，我们使用信号量机制来确保进程A和B按照正确的顺序执行。
3.2互斥在实验中，我们编写了多个进程C和D，这些进程需要同时对一个共享资源进行访问。
为了实现互斥，我们使用互斥锁机制来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
4.实验过程4.1同步实验编写进程A和进程B的代码，使用信号量机制实现同步。
进程A先运行，然后通过信号量唤醒进程B，进程B再开始执行。
通过观察进程的运行顺序，验证同步机制是否起作用。
4.2互斥实验编写进程C和进程D的代码，使用互斥锁机制实现互斥。
进程C和进程D同时对一个共享资源进行访问，通过互斥锁来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
观察进程的输出结果，验证互斥机制是否起作用。
5.实验结果5.1同步实验结果进程A开始执行进程A执行完毕进程B开始执行进程B执行完毕5.2互斥实验结果进程C开始执行进程C访问共享资源进程C执行完毕进程D开始执行进程D访问共享资源进程D执行完毕6.实验分析通过上述结果可以看出，同步实验中进程A和进程B按照正确的顺序执行，证明了同步机制的有效性。
互斥实验中进程C和进程D能够正确地交替访问共享资源，证明了互斥机制的有效性。
7.实验总结通过本次实验，我深刻理解了进程（线程）的同步与互斥，并通过实际操作加深了对这些概念的理解。
同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，对于应对资源竞争和提高程序性能具有重要意义。
在实际开发中，我们应该合理使用同步和互斥机制，以确保程序的正确性和并发执行的效率。
计算机操作系统实验二
计算机操作系统实验二一、实验目的本实验旨在通过实际操作，深入理解和掌握计算机操作系统中的进程与线程管理。
通过实验，我们将了解进程的创建、执行、阻塞、唤醒等状态以及线程的创建、同步、通信等操作。
同时，通过实验，我们将学习如何利用进程和线程提高程序的并发性和效率。
二、实验内容1、进程管理a.进程的创建与执行：通过编程语言（如C/C++）编写一个程序，创建一个新的进程并执行。
观察和记录进程的创建、执行过程。
b.进程的阻塞与唤醒：编写一个程序，使一个进程在执行过程中发生阻塞，并观察和记录阻塞状态。
然后，通过其他进程唤醒该进程，并观察和记录唤醒过程。
c.进程的状态转换：根据实际操作，理解和分析进程的状态转换（就绪状态、阻塞状态、执行状态）以及转换的条件和过程。
2、线程管理a.线程的创建与同步：编写一个多线程程序，创建多个线程并观察和记录线程的创建过程。
同时，使用同步机制（如互斥锁或信号量）实现线程间的同步操作。
b.线程的通信：通过消息队列或其他通信机制，实现多个线程间的通信。
观察和记录线程间的通信过程以及通信对程序执行的影响。
c.线程的状态转换：根据实际操作，理解和分析线程的状态转换（新建状态、就绪状态、阻塞状态、终止状态）以及转换的条件和过程。
三、实验步骤1、按照实验内容的要求，编写相应的程序代码。
2、编译并运行程序，观察程序的执行过程。
3、根据程序的输出和实际操作情况，分析和理解进程与线程的状态转换以及进程与线程管理的相关原理。
4、修改程序代码，尝试不同的操作方式，观察程序执行结果的变化，进一步深入理解和掌握进程与线程管理。
5、完成实验报告，总结实验过程和结果，提出问题和建议。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了计算机操作系统中的进程与线程管理原理和实践操作。
在实验过程中，我们不仅学习了如何利用编程语言实现进程和线程的操作，还通过实际操作观察和分析了进程与线程的状态转换以及进程与线程管理的基本原理。
操作系统实验进程同步与互斥
操作系统实验进程同步与互斥操作系统实验进程同步与互斥实验目的1.掌握进程同步和互斥原理，理解生产者-消费者模型；2.学习Windows2000/xp中的多线程并发执行机制；3.学习使用Windows SDK解决读者－写者问题。
试验内容1依据生产者－消费者模型，在Windows 2000/xp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，分析、熟悉生产者消费者问题仿真的原理和实现技术。
（见附件2）试验内容2参考实验内容1和附件2伪码，编程解决读者－写者问题的程序。
（具体要求和读写者问题原始伪码内容见附件1）相关知识Windows 2000/XP的线程控制CreateThread完成线程创建，在调用进程的地址空间上创建一个线程，以执行指定的函数；它的返回值为所创建线程的句柄。
ExitThread用于结束当前线程。
SuspendThread可挂起指定的线程。
ResumeThread可激活指定线程，它的对应操作是递减指定线程的挂起计数，当挂起计数减为0时，线程恢复执行。
Windows 2000/XP的进程互斥和同步在Windows 2000/XP中提供了临界区、互斥对象、信号量对象同步对象和相应的系统调用，用于进程和线程同步。
临界区对象(Critical Section)只能用于在同一进程内使用的临界区，同一进程内各线程对它的访问是互斥进行的。
相关API包括：InitializeCriticalSection对临界区对象进行初始化；EnterCriticalSection等待占用临界区的使用权，得到使用权时返回；TryEnterCriticalSection非等待方式申请临界区的使用权；申请失败时，返回0；LeaveCriticalSection释放临界区的使用权；DeleteCriticalSection释放与临界区对象相关的所有系统资源。
互斥对象(Mutex)互斥对象相当于互斥信号量，在一个时刻只能被一个线程使用。
同步与互斥实现方法
同步与互斥实现方法一、同步与互斥的概念同步是指多个线程或进程之间按照一定的顺序执行，以达到其中一种约定或要求。
在同步的过程中，程序等待其他线程或进程完成一些操作后再继续执行。
互斥是指多个线程或进程之间访问共享资源时，要互相排斥，避免冲突和竞争。
互斥的目的是保证多个线程或进程对共享资源的操作是互斥的，即同一时刻只有一个线程或进程可以访问共享资源。
二、实现同步的方法1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种最常用的同步机制，通过对一些代码块或函数的访问加上互斥锁的操作，可以保证只有一个线程能够执行该代码块或函数。
当一些线程获得互斥锁时，其他线程在获得该锁之前会被阻塞。
2. 信号量（Semaphore）信号量是一种更为复杂的同步机制，用于实现一些资源的访问控制。
一个信号量有一个整型值和两个原子操作：P和V。
P操作（也称为wait或down）会使信号量的值减1，如果值小于0，当前线程或进程就会被阻塞。
V操作（也称为signal或up）会使信号量的值加1，如果值小于等于0，就会唤醒等待的线程或进程。
信号量可以用于解决生产者-消费者问题、读者-写者问题等并发编程中的资源竞争问题。
3. 条件变量（Condition Variable）条件变量是一种同步机制，用于在多个线程或进程之间同步共享资源的状态。
条件变量对应一个条件，并提供了等待和通知的机制。
等待操作可以使一个线程或进程等待一些条件成立，直到其他线程或进程通知条件变量，使得等待的线程或进程被唤醒。
通知操作可以使等待中的线程或进程被唤醒，继续执行。
条件变量常和互斥锁一起使用，互斥锁用于保护共享资源，条件变量用于同步共享资源的状态。
三、实现互斥的方法1. Peterson算法Peterson算法是一种经典的软件方法，用于解决两个进程之间的互斥访问问题。
该算法使用了两个布尔型变量flag和turn，通过交替使用这两个变量，实现了两个进程之间的互斥。
2. 印章（Semaphores）信号量也可以用于实现互斥操作。
操作系统实验：线程的同步
回null，还可以调用函数GEtLastError（）查询失败的原因。
回null，还可以调用函数GEtLastError（）查询失败的原因。
(7).参照实验指导学习函数原型--OpenSemaphore()
HANDLE OpenSemaphore（
DWORD dwDesidedAccess，
//访问标志
<2> *lpHandles：指向对象句柄数组的指针。
<3> fWAitAll：等待类型。若存为true，当由lpHandles数组指定的所有对象被唤醒时函数返回；若为FALSE，当由lpHandles数组制定的某一个对象被唤醒时函
数返回，且有返回值说明事由哪个对象引起的函数返回。
<4> dwMilliseconds ：等待时间。单位为ms。若该值为0，函数测试对象的状态后立即返回；若为INFINITE,函数一直等待下去，直到收到一个信号将其唤醒。
(4).参照实验指导学习函数原型--WaitForSingleObject()
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（[ˈsɪŋkrənaɪz]，同步）访问。
<2> dwMilliseconds：等待时间，单位为ms。若改值为0，函数在测试对象的状态后立即返回，若为INFINITE（无限的），函数一直等待下去，直到收到一个信
号将其唤醒，如表2-1所示。
返回值： 如果返回成功，其返回值说明是何种事件导致函数返回。
生产者,消费者问题
实训二操作系统中的经典线程同步问题一、实训目的:1、通过对“生产者-消费者”问题编程实现，了解线程创建、同步信号量、互斥信号量、临界区的创建和使用。
2、了解线程互斥和同步机制。
3、了解PV 原语和信号量在线程互斥和同步机制中的运用。
二、实训环境：一台PC 机/人三、预习内容：1、进程的控制。
2、进程同步。
3、本实验内容主要对应于教材第 2 章中关于进程的各节四、实训内容：1、编写进程控制程序并运行，理解进程控制的各操作。
2、生产者和消费者问题，本实验用到几个API 函数：CreatThread, CreatMutex, CreatSemaphore, WaitForSingleObject, ReleaseSemaphore, ReleaseMutex, InitializeCriticalSection, EnterCriticalSection, LeaveCriticalSection这些函数的作用：CreatThread: 创建一个线程，该线程在调用进程的地址空间中执CreatMutex : 产生一个命名的或者匿名的互斥量对象。
WaitForSingleObject （对应p 操作）锁上互斥锁，ReleaseMutex （对应v 操作）打开互斥锁。
CreateSemaphore:创建一个命名的或者匿名的信号对象信号量可以看作是在互斥量上的一个扩展。
WaitForSingleObject :使程序处于等待状态，直到信号量（或互斥量）hHandle出现或者超过规定的等待最长时间，信号量出现指信号量大于或等于1,互斥量出现指打开互斥锁。
在返回之前将信号量减1或者锁上互斥锁。
Releasesemaphore将所指信号量加上指定大小的一个量，执行成功，则返回非0值。
ReleaseMutex :用来打开互斥量，即将互斥量加1。
成功调用则返回0。
InitializeCriticalSection :该函数初始化临界区对象。
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《操作系统》实验内容
实验二编程实现进程（线程）同步和互斥
1．实验的目的
（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）同步和互斥等有关的内容。
（2）了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。
（3）学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的API函数。
（4）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。
（5）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。
2．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。
3．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。
4．实验步骤
（1）需求分析：了解基本原理，确定程序的基本功能，查找相关资料，画出基本的数据流图；
（2）概要设计：确定程序的总体结构、模块关系和总体流程；
（3）详细设计：确定模块内部的流程和实现算法；
（4）上机编码和调试；
（5）运行测试；
（6）编写实验报告。
5．实验报告要求
格式符合《实验报告格式》书；书写规范，排版美观，有较强的文字表达能力，能够正确地表达自己的思想，图表符合规范。
6．实验说明
本实验分两次进行，每次要求填写一份实验报告，报告中的实验名分别为：编程实现进程同步和互斥1和编程实现进程同步和互斥2，其他内容依据实验进度具体填写。