进程同步与互斥

实验二 进程同步与互斥

一、 实验属性

实验性质： 验证性 实验学时： 4学时 实验要求： 必做

二、实验目的

1． 掌握基本的同步与互斥算法，理解生产者消费者模型。 2． 学习使用Linux中基本的同步对象，掌握相关使用方法。 3． 了解Linux中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。

三、实验环境及知识准备

1.实验环境： Linux系统开发环境 2.知识准备：

（1） Linux系统开发环境搭建； （2） Linux环境下GCC编译器的使用；

（3）语言中函数定义与调用、指针和类型的定义与使用、结构的定义、动态内存的申请等预备知识。

四、实验内容

以生产者/消费者模型为依据，在linux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。

五、实验步骤及指导

假设这些生产者和消费者相互是等效的，只要缓冲区不满，生产者便可将产品放入缓冲区；而只要缓冲区不为空，消费者便可从缓冲区取走一件产品。需要两个私用信号量，empty表示缓冲区可接收产品的数目，full表示缓冲区已接收产品的数目。empty的初值为N，即缓冲区的容量；full的初值为0。我们还要增设一个公用信号量（mutex），初值为1，以保证这些生产者和消费者互斥地访问缓冲区。此外，生产者和消费者必须同步，生产者不能向满缓冲区写数据，消费者不能从空缓冲区读数据。

1． 测试用例文件

测试用例文件用于描述各线程的有关信息，该文件内容及格式如下：

3 1 P 3 2 P 4 3 C 4 1 4 P 2

5 C 3 1 2 4

说明：第一行给出的是程序中设置的临界区个数；其余各行是各进程信息。 每行中的数据之间用Tab键分隔。 第一列(除第一行外)：线程号。 第二列：P——生产者，C——消费者。

第三列：线程在生产和消费前的休眠时间，单位为秒。 第四及以后各列：消费的产品所对应的生产者线程号。 2． 数据结构

(1) 用整型数组Buffer_Critical表示缓冲区。

(2) 用自定义结构ThreadInfo记录一条线程信息，多个线程对应一个ThreadInfo数组。

(3) 通过如下同步对象实现互斥：

? 设一个互斥量h-mutex，实现生产者在查询和保留缓冲区的下一个空位置时进

行互斥。

? 设置h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]信号量数组表示相应产品已经生产，实现

生产者与消费者之间的同步。同时，用表示空缓冲区树木的信号量empty_semephore指示是否存在空位置，实现类似的同步，以便开始下一个产品的生产。

? 设置临界区对象数组PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM]实现每个缓冲区上消费者

之间的互斥。

3． 程序结构

为了方便，程序结构用如下的文字予以描述。 (1) 主函数

(2) 初始化缓冲区、消费请求队列及部分同步对象 (3) 提取线程信息

(4) 完成线程相关同步对象的初始化

(5) 创建线程，模拟生产者和消费者 (6) 等待所有线程结束 (7) 程序结束 (8) 消费者

(9) 有无消费请求？有，则继续(10)；无，则转(16)

(10) 此请求可满足？可满足，转(11)；否，则阻塞，再转(10) (11) 确定产品位置

(12) 此产品正被消费？是，则阻塞，再转(12)；否，则转(13) (13) 进入临界区(请求同一产品的消费者之间互斥) (14) 消费产品，并判断是否应该释放产品所占缓冲区 (15) 退出临界区，转(9) (16) 结束消费者线程 (17) 生产者

(18) 存在空缓冲区？有，则继续(19)；无，则阻塞，再转(18) (19) 另一生产者在写？否，则转(20)；是，则阻塞，再转(19) (20) 进入临界区(请求同一产品的生产者之间互斥) (21) 在缓冲区中为本线程产品分配空间 (22) 退出临界区

(23) 写入产品到分配的缓冲区空间中 (24) 结束生产者线程

六、注意事项

本课程每个实验为LINUX环境下进行实验，要求使用GCC编译器，能够熟练使用VIM编辑器进行文件编辑和代码开发，使用操作系统RedHat Enterprise 6 以上操作系统。

七、实验报告内容及要求

1.实验的程序源码；

2.运行程序，给出运行结果截图；

3.分析实验结果，给出实验结论。

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