操作系统实验三：线程的互斥

实验三：线程的互斥

2.3.1实验⽬的

（1）熟练掌握Windows系统环境下线程的创建与撤销。

（2）熟悉Windows系统提供的线程互斥API。

（3）使⽤Windows系统提供的线程互斥API解决实际问题。

2.3.2 实验准备知识：相关API函数介绍

2.3.2.1临界区对象

临界区对象（CriticalSection）包括初始化临界区（InitializeCriticalSection（））、进⼊临界区

（ EnterCriticalSection （））、退出临界区（ LeaveCriticalSection （））及删除临界区

（DeleteCriticalSection（））等API函数。

初始化临界区

InitializeCriticalSection（）⽤于初始化临界区对象。

原型：

VOID InitializeCriticalSection（

LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection

）；

参数说明：

lpCriticalSection：指出临界区对象的地址。

返回值：

该函数没有返回值。

⽤法举例：

LPCRITCAL_SECTION hCriticalSection；

CRITICAL_SECTION Critical；

hCriticalSection=&Critical；

InitializeCriticalSection（hCriticalSection）；

进⼊临界区

EnterCriticalSection（）等待进⼊临界区的权限，当获得该权限后进⼊临界区。

原型：

VOID EnterCriticalSection（

LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection

）；

参数说明：

lpCriticalSection：指出临界区对象的地址。

返回值：

该函数没有返回值。

⽤法举例：

LPCRITICAL_SECTION hCriticalSection；

CRITICAL_SECTION Critical;

hCriticalSection=&Critical;

EnterCriticalSection(hCriticalSection);

退出临界区

LeaveCriticalSection()释放临界区的使⽤权限。

原型：

VOID LeaveCriticalSection(

LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection )；

参数说明：

lpCriticalSection：指出临界区对象的地址。

返回值：

该函数没有返回值

⽤法举例：

LPCRITICAL_SECTION hCriticalSection；

CRITICAL_SECTION Critical；

hCriticalSection=&Critical；

LeaveCriticalSection（hCriticalSection）；

删除临界区

DeleteCriticalSection（）删除与临界区有关的所有系统资源。

原型：

VOID DeleteCriticalSection（

LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection

）；

参数说明：

lpCriticalSection：指出临界区对象的地址。

返回值：

该函数没有返回值。

⽤法举例：

LPCRITICAL_SECTION hCriticalSection；

CRITICAL_SECTION Critical；

hCriticalSection=&Critical；

DeleteCriticalSection（hCriticalSection）；

2.3.2.2互斥对象

互斥对象（Mutex）包括创建互斥对象（CreateMutex（））、打开互斥对象（OpenMutex（））及释

放互斥对象（ReleaseMutex（））API函数。

创建互斥对象

CreateMutex（0⽤于创建⼀个互斥对象。

原型：

HANDLE CreateMutex（

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexASributes，

BOOL bInitialOwner，

LPCTSTR lpName

）；

参数说明：

lpMutexASributes：指定安全属性，为NULL时，信号量得到⼀个，默认的安全描述符。

bInitialOwner：指定初始的互斥对象。如果该值为TRUE并且互斥对象已经纯在，则调⽤线程获得互斥

对象的所有权，否则调⽤线程不能获得互斥对象的所有权。想要知道互斥对象是否已经存在，参⻅返回

值说明。

lpName：给出互斥对象的名字。

返回值：

互斥对象创建成功，将返回该互斥对象的句柄。如果给出的互斥对象是系统已经存在的互斥对象，将返回这个已存在互斥对象的句柄。如果失败，系统返回NULL,可以调⽤函数GetLastError（）查询失败的

原因。

⽤法举例：

static HANDLE hHandle1=NULL;

//常⻅⼀个名为"MutexName1"的互斥对象

hHandle1=CreateMutex（NULL,FALSE, “MutexName1”）；

打开互斥对象

OpenMutex（）⽤于打开⼀个互斥对象。

原型：

HANDLE OpenMutex（

DWORD dwDesiredAccess，

BOOL bInheritHandle，

LPCTSTR lpName

）；

参数说明：

指明系统安全属性⽀持的对互斥对象所有可能的访问。如果系统安全属性不⽀持，则不能获得对互

斥对象访问权。

（1）dwDesireAccess：指出发开后要对互斥对象进⾏何种访问，具体描述如表2-4所示。

表 2-4 对互斥对象的访问种类

访问描述

MUTEX_ALL_ACCESS 可以进⾏对任何互斥对象的访问

SYNCHRONIZE 使⽤等待函数 wait functions 等待互斥对象成为可⽤状态或使⽤

ReleaseMutex（）释放使⽤权，从⽽获得互斥对象的使⽤权

（2） bInheritHandle：指出返回信号量的句柄是否可以继承。

（3） IpName ：给出信号量的名字。

返回值

互斥对象打开成功，将返回该互斥对象的句柄；如果失败，系统返回NULL，可以调⽤函数

GetLastError（）查询失败的原因。

⽤法举例：

static HANDLE hHandle1 = NULL；

//打开⼀个名为"MutexName1"的互斥对象

hHandle=OpenMutex（SYNCHRONIZE，NULL，“MutexName1”）；

释放互斥对象

ReleaseMutex（）⽤于释放互斥对象。

原型：

BOOL ReleaseMutex（

HANDLE　ｈＭＵＴＥＸ；

）;

参数说明：

ｈＭｕｔｅｘ：Mutex对象的句柄。CreateMutex（）和OpenMutex（）函数返回该句柄。

返回值：如果成功，将返回⼀个⾮0值;如果失败系统将返回0，可以调⽤函数 GetLastError()查询失败的原因。

⽤法举例：

sta2c HANDLE hHandle1=NULL;

BOOL rc；

rc= ReleaseMutex(hHandle1)

2.3.3 实验内容

完成两个⼦线程之间的互斥。在主线程中使⽤系统调⽤ CreateThread()创建两个⼦线程，并使两个⼦

线程互斥的使⽤全局变量 count。

2.3.4 实验要求

能正确的使⽤临界区对象，包括初始化临界区 Ini2alizeCri2calSec2on()、进⼊临界区

EnterCri2calSec2on()、退出临界区 LeaveCri2cal（）及删除临界区 DeleteCri2calSec2on（）进⼀步理解线程

的互斥。

2.3.5 实验指导

具体操作过程同实验⼀，在 Microsoa Visual C++ 6.0 环境下建⽴⼀个MFC⽀持的控制台⼯程⽂件，编

写C程序，在主线程中使⽤Ini2alizeCri2calSec2on（）初始化临界区，然后建⽴两个⼦线程，在两个⼦线程

中使⽤全局变量 count 的前、后分别使⽤EnterCri2calSea2on（）进⼊临界区LeaveCri2calSec2on（）退出临

界区，等两个⼦线程运⾏完毕，主线程使⽤DeleteCri2calSec2on（）删除临界区并撤销线程。

2.3.6 实验总结

该试验完成了两个⼦线程之间的互斥。若去掉互斥对象，观察全局变量count的变化，了解互斥对象

的作⽤，进⼀步理解线程的互斥。本试验也可以使⽤互斥对象（Mutex）来完成两个线程的互斥，互斥对

象（Mutex）的使⽤⽅法与信号量对象相似，这⾥不再说明，请同学⾃⼰完成。线程互斥访问全局变量

count

如图 2-5所示。

2.3.7 源程序

#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>#ifdef _DEBUG #define new DEBUG_NEW #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[ ]=__FILE__; #endif ////The one and only applica2on object CWinApp theApp; using namespace std; static int count =5; static HANDLE h1; static HANDLE h2; LPCRITICAL_SECTION hCriticalSection; //定义指向临界区对象的地址指针CRITICAL_SECTION Critical; //定义临界区void func1(); void func2(); int _tmain(int argc,TCHAR*argv[],TCHAR*envp[]) {int nRetCode=0;  DWORD dwThreadID1, dwThreadID2; hCriticalSection=&Critical; //将指向临界区对象的指针指向临界区InitializeCriticalSection(hCriticalSection); //初始化临界区h1=CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)func1, (LPVOID)NULL, 0,&dwThreadID1); //创建线程 func1 if (h1==NULL) printf("Thread1 create FAIL!\n"); else printf("Thread1 create Success!\n"); h2=CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)func2, (LPVOID)NULL, 0,&dwThreadID2); //创建线程 func2 if (h2==NULL) printf("Thread2 create FAIL!\n"); else printf("Thread2 create Success!\n");Sleep(1000); CloseHandle(h1); CloseHandle(h2); DeleteCriticalSection(hCriticalSection); //删除临界区ExitThread(0); return nRetCode; } void func2() { int r2; EnterCriticalSection (hCriticalSection); //进?临界区r2=count; _sleep(100); r2=r2+1; count=r2; printf("count in func2=%d\n",count); LeaveCriticalSection (hCriticalSection); //退出临界区} void func1() { int r1; EnterCriticalSection (hCriticalSection); //进?临界区r1=count; _sleep(500); r1=r1+1; count=r1; printf("count in func1=%d\n",count); LeaveCriticalSection (hCriticalSection); //退出临界区
}

2.3.8 实验展望

上⾯的实验是使⽤临界区对象（Cri2calSec2on）实现的，同学们可以使⽤互斥对象（Mutex）来完

成。

在完成以上三个实验后，同学们对Windows系统提供的线程创建与撤销、线程的同步与互斥、API有

了⼀定的了解，在此基础上设计并完成⼀个综合性的实验解决实际同步与互斥问题，如⽣产者与消费者问题、读者与写者问题等。饰演的题⽬可以⾃⾏设计，但要求必须涉及线程的创建与撤销、等待对象函

数（waitFunc2ons）、信号量对象（Semaphore）临界区对象（Cri2calSec2on）或互斥对象（Mutex）的使

⽤。