前言

课程设计开始了，实验很有意思，写博客总结学到的知识
白嫖容易，创作不易，学到东西才是真
本文原创，创作不易，转载请注明！！！
本文链接
个人博客：https://ronglin.fun/archives/177
PDF链接：见博客网站
CSDN: https://blog.csdn.net/RongLin02/article/details/118308666

为了美观，实验源代码在结尾处，整合版见下
链接：https://pan.baidu.com/s/1rXj1QJGuw-BVc5sQWret9w
提取码：Lin2
操作系统课程设计源代码
本次操作系统课程设计合集
操作系统课设之Windows 进程管理
操作系统课设之Linux 进程管理
操作系统课设之Linux 进程间通信
操作系统课设之Windows 的互斥与同步
操作系统课设之内存管理
操作系统课设之虚拟内存页面置换算法的模拟与实现
操作系统课设之基于信号量机制的并发程序设计
操作系统课设之简单 shell 命令行解释器的设计与实现
仅用于学习，如有侵权，请联系我删除

实验题目

Windows 的互斥与同步

实验目的

(1) 回顾操作系统进程、线程的有关概念，加深对 Windows 线程的理解。
(2) 了解互斥体对象，利用互斥与同步操作编写生产者-消费者问题的并发程序，加深对 P (即semWait)、V(即 semSignal)原语以及利用 P、V 原语进行进程间同步与互斥操作的理解。

实验内容实验原理：

典型例题，生产者消费者问题，利用PV操作和Windows API实现生产者消费者问题。
实验步骤：
在Windows下用codeblocks新建一个project，然后将指导书的代码复制到项目目录下的main.cpp文件下。多次运行查看结果。
修改代码，调整生产者线程和消费者线程的个数，使得消费者数目大与生产者，看看结果有何不同。
修改代码，按程序注释中的说明修改信号量 EmptySemaphore 的初始化方法，看看结果有何不同。

实验结果与分析

源代码运行结果

符合预期，生产者生产一个，消费者消费，如此循环。

const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 5; //消费者的个数

将消费者由1改成5个，结果如下

和不修改类似。

EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);

将信号量如上修改，结果无输出
符合预期，buff空的信号量最开始应该是等同于buff大小的，如果按照如上修改，buff空信号量初始化就是0，也就是buff一开始就是满的，但是实际上buff是空的。所以生产者P(EmptySemaphore)时就是会一直等待，而因为生产者没生产，所以消费者P(FullSemaphore)时也是一直等待，所以就无输出。

查阅相关问题和分析代码，得出以下答案：
1）CreateMutex 中有几个参数，各代表什么含义。
三个参数，分别是结构体指针;立即拥有互斥体(true);互斥体对象的名字，详细解释如下：
lpMutexAttributes SECURITY_ATTRIBUTES，指定一个SECURITY_ATTRIBUTES结构，或传递零值（将参数声明为ByVal As Long，并传递零值），表示使用不允许继承的默认描述符
bInitialOwner BOOL，如创建进程希望立即拥有互斥体，则设为TRUE。一个互斥体同时只能由一个线程拥有
lpName String，指定互斥体对象的名字。用vbNullString创建一个未命名的互斥体对象。如已经存在拥有这个名字的一个事件，则打开现有的已命名互斥体。这个名字可能不与现有的事件、信号机、可等待计时器或文件映射相符。

2）CreateSemaphore 中有几个参数，各代表什么含义，信号量的初值在第几个参数中。
一共有4个参数，分别是结构体指针;信号量对象的初始计数;信号量对象的最大计数;信号量对象的名称。
结构体指针和信号量对象名称的参数的规则和Mutex的一样。

3）程序中 P、V 原语所对应的实际 Windows API 函数是什么，写出这几条语句。

WaitForSingleObject(EmptySemaphore,INFINITE); //P操作
ReleaseSemaphore(FullSemaphore,1,NULL);    //V操作
ReleaseMutex(Mutex); //V操作

4）CreateMutex 能用 CreateSemaphore 替代吗？
尝试修改程序 4-1，将信号量 Mutex 完全用CreateSemaphore 及相关函数实现。写出要修改的语句。
可以，互斥信号量其实就是二元信号量
只需要修改初始化代码和V操作代码即可：

Mutex = CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);
ReleaseSemaphore(Mutex,1,NULL); //V(mutex);

仔细阅读源程序，找出创建线程的 WINDOWS API 函数，回答下列问题：
线程的第一个执行函数是什么（从哪里开始执行）？
它位于创建线程的 API 函数的第几个参数中？
创建线程的函数：CreateThread(),执行函数Producer()/Consumer()，位于第三个参数

小结与心得体会

Windows的API看着非常复杂，参数很多，而且定义了很多没用过也没见过的数据类型，由于时间紧迫并没有深入研究那些复杂的语法，仅仅是会用信号量和PV操作。不过本次实验也让我了解到课本上那些算法和理论离我们并不遥远，因为我已经有过Java多线程程序开发的经历，Java多线程中同步问题在语法上比C/C++简单一些，不过两者用法都非常有各自语言的特点，获益匪浅。
=w=

源代码

4-1

#include <windows.h>
#include <iostream>
const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 2; //缓冲区长度
unsigned short ProductID = 0; //产品号
unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号
unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标
unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标
int buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列
bool p_ccontinue = true; //控制程序结束
HANDLE Mutex; //用于线程间的互斥
HANDLE FullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待
HANDLE EmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待17
DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程int main()
{
//创建各个互斥信号
//注意，互斥信号量和同步信号量的定义方法不同，互斥信号量调用的是 CreateMutex 函数，同步信号量调用的是 CreateSemaphore 函数，函数的返回值都是句柄。/*结构体指针;立即拥有互斥体(true);互斥体对象的名字*/Mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);/*结构体指针;信号量对象的初始计数;信号量对象的最大计数;信号量对象的名称*/EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER,SIZE_OF_BUFFER,NULL);
//将上句做如下修改，看看结果会怎样//EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);FullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER,NULL);
//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，
//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数
//总的线程数const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLE hThreads[THREADS_COUNT]; //各线程的 handleDWORD producerID[PRODUCERS_COUNT]; //生产者线程的标识符DWORD consumerID[CONSUMERS_COUNT]; //消费者线程的标识符
//创建生产者线程for (int i=0; i<PRODUCERS_COUNT; ++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if (hThreads[i]==NULL)return -1;}
//创建消费者线程for (int i=0; i<CONSUMERS_COUNT; ++i){hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);if (hThreads[i]==NULL)return -1;}while(p_ccontinue){if(getchar())  //按回车后终止程序运行{p_ccontinue = false;}}return 0;
}//生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的 ID 号
void Produce()
{std::cout << std::endl<< "Producing " << ++ProductID << " ... ";std::cout << "Succeed" << std::endl;
}
//把新生产的产品放入缓冲区
void Append()
{std::cerr << "Appending a product ... ";buffer[in] = ProductID;in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;
//输出缓冲区当前的状态for (int i=0; i<SIZE_OF_BUFFER; ++i){std::cout << i <<": " << buffer[i];if (i==in)std::cout << " <-- 生产";if (i==out)std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}
}
//从缓冲区中取出一个产品
void Take()
{std::cerr << "Taking a product ... ";ConsumeID = buffer[out];buffer[out] = 0;out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;
//输出缓冲区当前的状态for (int i=0; i<SIZE_OF_BUFFER; ++i){std::cout << i <<": " << buffer[i];if (i==in)std::cout << " <-- 生产";if (i==out)std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}
}
//消耗一个产品
void Consume()
{std::cout << "Consuming " << ConsumeID << " ... ";std::cout << "Succeed" << std::endl;
}
//生产者
DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara)
{while(p_ccontinue){WaitForSingleObject(EmptySemaphore,INFINITE); //p(empty);WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); //p(mutex);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseMutex(Mutex); //V(mutex);ReleaseSemaphore(FullSemaphore,1,NULL); //V(full);}return 0;
}
//消费者
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara)
{while(p_ccontinue){WaitForSingleObject(FullSemaphore,INFINITE);//P(full);WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); //P(mutex);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseMutex(Mutex); //V(mutex);ReleaseSemaphore(EmptySemaphore,1,NULL); //V(empty);}return 0;
}

修改版

#include <windows.h>
#include <iostream>
const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 2; //缓冲区长度
unsigned short ProductID = 0; //产品号
unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号
unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标
unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标
int buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列
bool p_ccontinue = true; //控制程序结束
HANDLE Mutex; //用于线程间的互斥
HANDLE FullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待
HANDLE EmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待17
DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程int main()
{
//创建各个互斥信号
//注意，互斥信号量和同步信号量的定义方法不同，互斥信号量调用的是 CreateMutex 函数，同步信号量调用的是 CreateSemaphore 函数，函数的返回值都是句柄。/*结构体指针;立即拥有互斥体(true);互斥体对象的名字*/Mutex = CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);/*结构体指针;信号量对象的初始计数;信号量对象的最大计数;信号量对象的名称*/EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER,SIZE_OF_BUFFER,NULL);
//将上句做如下修改，看看结果会怎样//EmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);FullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER,NULL);
//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，
//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数
//总的线程数const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLE hThreads[THREADS_COUNT]; //各线程的 handleDWORD producerID[PRODUCERS_COUNT]; //生产者线程的标识符DWORD consumerID[CONSUMERS_COUNT]; //消费者线程的标识符
//创建生产者线程for (int i=0; i<PRODUCERS_COUNT; ++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if (hThreads[i]==NULL)return -1;}
//创建消费者线程for (int i=0; i<CONSUMERS_COUNT; ++i){hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);if (hThreads[i]==NULL)return -1;}while(p_ccontinue){if(getchar())  //按回车后终止程序运行{p_ccontinue = false;}}return 0;
}//生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的 ID 号
void Produce()
{std::cout << std::endl<< "Producing " << ++ProductID << " ... ";std::cout << "Succeed" << std::endl;
}
//把新生产的产品放入缓冲区
void Append()
{std::cerr << "Appending a product ... ";buffer[in] = ProductID;in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;
//输出缓冲区当前的状态for (int i=0; i<SIZE_OF_BUFFER; ++i){std::cout << i <<": " << buffer[i];if (i==in)std::cout << " <-- 生产";if (i==out)std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}
}
//从缓冲区中取出一个产品
void Take()
{std::cerr << "Taking a product ... ";ConsumeID = buffer[out];buffer[out] = 0;out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;
//输出缓冲区当前的状态for (int i=0; i<SIZE_OF_BUFFER; ++i){std::cout << i <<": " << buffer[i];if (i==in)std::cout << " <-- 生产";if (i==out)std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}
}
//消耗一个产品
void Consume()
{std::cout << "Consuming " << ConsumeID << " ... ";std::cout << "Succeed" << std::endl;
}
//生产者
DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara)
{while(p_ccontinue){WaitForSingleObject(EmptySemaphore,INFINITE); //p(empty);WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); //p(mutex);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseSemaphore(Mutex,1,NULL); //V(mutex);ReleaseSemaphore(FullSemaphore,1,NULL); //V(full);}return 0;
}
//消费者
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara)
{while(p_ccontinue){WaitForSingleObject(FullSemaphore,INFINITE);//P(full);WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); //P(mutex);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseSemaphore(Mutex,1,NULL); //V(mutex);ReleaseSemaphore(EmptySemaphore,1,NULL); //V(empty);}return 0;
}

操作系统课设之Windows 的互斥与同步相关推荐

操作系统课设之Windows 进程管理
前言课程设计开始了,实验很有意思,写博客总结学到的知识白嫖容易,创作不易,学到东西才是真本文原创,创作不易,转载请注明!!! 本文链接个人博客:https://ronglin.fun/arch ...
操作系统课设--使用信号量解决生产者/消费者同步问题
山东大学操作系统课设lab3 实验三使用信号量解决生产者/消费者同步问题(lab3) 实验目的理解Nachos的信号量是如何实现的生产者/消费者问题是如何用信号量实现的在Nachos中是如何创 ...
操作系统课设之简单 shell 命令行解释器的设计与实现
前言课程设计开始了,实验很有意思,写博客总结学到的知识白嫖容易,创作不易,学到东西才是真本文原创,创作不易,转载请注明!!! 本文链接个人博客:https://ronglin.fun/arch ...
操作系统课设之基于信号量机制的并发程序设计
前言课程设计开始了,实验很有意思,写博客总结学到的知识白嫖容易,创作不易,学到东西才是真本文原创,创作不易,转载请注明!!! 本文链接个人博客:https://ronglin.fun/arch ...
操作系统课设之虚拟内存页面置换算法的模拟与实现
前言课程设计开始了,实验很有意思,写博客总结学到的知识白嫖容易,创作不易,学到东西才是真本文原创,创作不易,转载请注明!!! 本文链接个人博客:https://ronglin.fun/arch ...
操作系统课设之内存管理
前言课程设计开始了,实验很有意思,写博客总结学到的知识白嫖容易,创作不易,学到东西才是真本文原创,创作不易,转载请注明!!! 本文链接个人博客:https://ronglin.fun/arch ...
操作系统课设之Linux 进程间通信
前言课程设计开始了,实验很有意思,写博客总结学到的知识白嫖容易,创作不易,学到东西才是真本文原创,创作不易,转载请注明!!! 本文链接个人博客:https://ronglin.fun/arch ...
操作系统课设之Linux 进程管理
前言课程设计开始了,实验很有意思,写博客总结学到的知识白嫖容易,创作不易,学到东西才是真本文原创,创作不易,转载请注明!!! 本文链接个人博客:https://ronglin.fun/arch ...
操作系统课设详细解答
操作系统课设详细解答一.题目一实验一 Windows 进程管理二.实验目的 (1)学会使用 VC 编写基本的 Win32 Consol Application(控制台应用程序). (2)通过创建 ...

操作系统课设之Windows 的互斥与同步

前言