操作系统进程同步和互斥的实验报告

湖南农业大学信息科学技术学院

学 生 实 验 报 告

姓名： 年级专业班级 日期 2008 年 11 月 25日 成绩

验证 设计 课程名称 操作系统 实验名称 进程同步和互斥 实验类型 综合 创新 【实验目的、要求】 （1）通过编写程序实现进程同步和互斥，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。 【实验内容】 在Windows XP操作系统下，使用java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。 【实验环境】（含主要设计设备、器材、软件等） 装有JDK1.6 的PC电脑一台 【实验步骤、过程】（含原理图、流程图、关键代码，或实验过程中的记录、数据等） 生产者进程(进程由多个线程组成)生产信息，例如它可以是计算进程。消费者进程使用信息，它可以是输出打印进程。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，以便存放生产者所产生的信息，平滑进程间由于速度不确定所带来的问题。这个临时存储区叫做缓冲区，通常用一维数组来表示。由一个或若干个存储单元组成的缓冲区叫作“有穷缓冲区”。下面我们来分 析一下有穷缓冲的生产者和消费者的例子。 生产者 放入产品 获取缓冲区情况 缓冲池 原理图 取出产品 获取缓冲区情况 消费者 假设有多个生产者和多个消费者，它们共享一个具有n个存储单元的有穷缓冲区Buffer(0……n-1)，这 是一个环形队列。其队尾指针Rear指向当前信息应存放的位置(Buffer[Rear])，队首指针Front指向当前 取出信息的位置(Buffer[front])。生产者进程总是把信息存放在Buffer[Rear]中，消费者进程则总是从 Buffer [Rear]中取出信息。如果想使生产者进程和消费者进程协调合作，则必须使它们 遵循如下规则: 1) 只要缓冲区有存储单元，生产者都可往其中存放信息；当缓冲区已满时，若任意生产者提出写要求，则都必须等待； 2) 只要缓冲区中有消息可取，消费者都可从缓冲区中取出消息；当缓冲区为空时，若任意消费者想取出信息，则必须等待； 3) 生产者们和消费者们不能同时读、写缓冲区。 开始 生产者线程开始 判断缓冲池是否满了 否 判断缓冲池能否放下新产品 是 否 是 放入产品到缓冲池 通过notify()唤醒消费者线程,而生产者线程阻塞 消费者线程开始 否 判断缓冲池是否空 是 否 判断缓冲池中产品够不够取 是 从缓冲池中取出产品 通过notify()唤醒生产者线程,而消费者线程阻塞 在实际运行中,生产者和消费者两个线程的最开始的运行是没有先后之分的，两个线程处于同时执行的状态。 流程图 代码: public class ProducerConsumer { public static void main(String[] args) { SyncStack ss = new SyncStack(); Producer p = new Producer(ss); Consumer c = new Consumer(ss); new Thread(p).start(); new Thread(p).start(); new Thread(p).start(); new Thread(c).start(); } } class WoTou { int id; WoTou(int id) { this.id = id; } public String toString() { return \ } } class SyncStack { int index = 0; WoTou[] arrWT = new WoTou[6]; public synchronized void push(WoTou wt) { while(index == arrWT.length) { try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } this.notifyAll(); arrWT[index] = wt; index ++; } public synchronized WoTou pop() { while(index == 0) { try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } this.notifyAll(); index--; return arrWT[index]; } } class Producer implements Runnable { SyncStack ss = null; Producer(SyncStack ss) { this.ss = ss; } public void run() { for(int i=0; i<20; i++) { WoTou wt = new WoTou(i); ss.push(wt); System.out.println(\生产了：\ try { Thread.sleep((int)(Math.random() * 200)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class Consumer implements Runnable { SyncStack ss = null; Consumer(SyncStack ss) { this.ss = ss; } public void run() { for(int i=0; i<20; i++) { WoTou wt = ss.pop(); System.out.println(\消费了: \ try { Thread.sleep((int)(Math.random() * 1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } 结果：（随机的） 生产了：WoTou : 0 生产了：WoTou : 0 消费了: WoTou : 0 生产了：WoTou : 1 生产了：WoTou : 1 生产了：WoTou : 1 生产了：WoTou : 2 生产了：WoTou : 3 消费了: WoTou : 2 消费了: WoTou : 3 生产了：WoTou : 4 消费了: WoTou : 4 生产了：WoTou : 5 消费了: WoTou : 5 生产了：WoTou : 6 消费了: WoTou : 6 生产了：WoTou : 2 消费了: WoTou : 2 生产了：WoTou : 3 消费了: WoTou : 3 生产了：WoTou : 4 消费了: WoTou : 4 生产了：WoTou : 5 消费了: WoTou : 5 生产了：WoTou : 6 消费了: WoTou : 6 【实验结果或总结】（对实验结果进行相应分析，或总结实验的心得体会，并提出实验的改进意见） 经过几天的努力实验终于完成，程序能正确运行。对线程的同步与互斥技术有了比较深刻的了解，生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的问题，它的描述是有一块生产者和消费者共享的有界缓冲区，生产者往缓冲区放入产品，消费者从缓冲区取走产品，这个过程可以无休止的执行，不能因缓冲区满生产者放不进产品而终止，也不能因缓冲区空消费者无产品可取而终止。解决生产者消费者问题的方法有两种，一种是采用某种机制保持生产者和消费者之间的同步，一种是在生产者和消费者之间建立一个管道。前一种有较高的效率并且可控制性较好，比较常用，后一种由于管道缓冲区不易控制及被传输数据对象不易封装等原因，比较少用。 指导教师签名： 20 年 月 日 【备注】