windows的多线程同步实验报告Word下载.docx
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任一时刻只有一个线程可以拥有临界区对象，拥有临界区的线程可以访问被保护起来的资源或代码段，其他希望进入临界区的线程将被挂起等待，直到拥有临界区的线程放弃临界区时为止，这样就保证了不会在同一时刻出现多个线程访问共享资源。
CCriticalSection类的用法非常简单，步骤如下：
定义CCriticalSection类的一个全局对象（以使各个线程均能访问），如CCriticalSectioncritical_section；
在访问需要保护的资源或代码之前，调用CCriticalSection类的成员Lock（）获得临界区对象：
critical_section.Lock（）;
在线程中调用该函数来使线程获得它所请求的临界区。
如果此时没有其它线程占有临界区对象，则调用Lock（）的线程获得临界区；
否则，线程将被挂起，并放入到一个系统队列中等待，直到当前拥有临界区的线程释放了临界区时为止。
访问临界区完毕后，使用CCriticalSection的成员函数Unlock（）来释放临界区：
critical_section.Unlock（）;
再通俗一点讲，就是线程A执行到critical_section.Lock（）;
语句时，如果其它线程（B）正在执行critical_section.Lock（）;
语句后且critical_section.Unlock（）;
语句前的语句时，线程A就会等待，直到线程B执行完critical_section.Unlock（）;
语句，线程A才会继续执行。
B、使用CEvent类
CEvent类提供了对事件的支持。
事件是一个允许一个线程在某种情况发生时，唤醒另外一个线程的同步对象。
例如在某些网络应用程序中，一个线程（记为A）负责监听通讯端口，另外一个线程（记为B）负责更新用户数据。
通过使用CEvent类，线程A可以通知线程B何时更新用户数据。
每一个CEvent对象可以有两种状态：
有信号状态和无信号状态。
线程监视位于其中的CEvent类对象的状态，并在相应的时候采取相应的操作。
在MFC中，CEvent类对象有两种类型：
人工事件和自动事件。
一个自动CEvent对象在被至少一个线程释放后会自动返回到无信号状态；
而人工事件对象获得信号后，释放可利用线程，但直到调用成员函数ReSetEvent（）才将其设置为无信号状态。
在创建CEvent类的对象时，默认创建的是自动事件。
CEvent类的各成员函数的原型和参数说明如下：
1、CEvent（BOOLbInitiallyOwn=FALSE,
BOOLbManualReset=FALSE,
LPCTSTRlpszName=NULL,
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpsaAttribute=NULL）;
bInitiallyOwn:
指定事件对象初始化状态，TRUE为有信号，FALSE为无信号；
bManualReset：
指定要创建的事件是属于人工事件还是自动事件。
TRUE为人工事件，FALSE为自动事件；
后两个参数一般设为NULL，在此不作过多说明。
2、BOOLCEvent：
：
SetEvent（）;
将CEvent类对象的状态设置为有信号状态。
如果事件是人工事件，则CEvent类对象保持为有信号状态，直到调用成员函数ResetEvent（）将其重新设为无信号状态时为止。
如果CEvent类对象为自动事件，则在SetEvent（）将事件设置为有信号状态后，CEvent类对象由系统自动重置为无信号状态。
如果该函数执行成功，则返回非零值，否则返回零。
3、BOOLCEvent：
ResetEvent（）;
该函数将事件的状态设置为无信号状态，并保持该状态直至SetEvent（）被调用时为止。
由于自动事件是由系统自动重置，故自动事件不需要调用该函数。
如果该函数执行成功，返回非零值，否则返回零。
我们一般通过调用WaitForSingleObject函数来监视事件状态。
前面我们已经介绍了该函数。
由于语言描述的原因，CEvent类的理解确实有些难度，但您只要通过仔细玩味下面例程，多看几遍就可理解。
C、使用CMutex类
互斥对象与临界区对象很像.互斥对象与临界区对象的不同在于:
互斥对象可以在进程间使用,而临界区对象只能在同一进程的各线程间使用。
当然，互斥对象也可以用于同一进程的各个线程间，但是在这种情况下，使用临界区会更节省系统资源，更有效率。
D、使用CSemaphore类
当需要一个计数器来限制可以使用某个线程的数目时，可以使用“信号量”对象。
CSemaphore类的对象保存了对当前访问某一指定资源的线程的计数值，该计数值是当前还可以使用该资源的线程的数目。
如果这个计数达到了零，则所有对这个CSemaphore类对象所控制的资源的访问尝试都被放入到一个队列中等待，直到超时或计数值不为零时为止。
一个线程被释放已访问了被保护的资源时，计数值减1；
一个线程完成了对被控共享资源的访问时，计数值增1。
这个被CSemaphore类对象所控制的资源可以同时接受访问的最大线程数在该对象的构建函数中指定。
CSemaphore类的构造函数原型及参数说明如下：
CSemaphore（LONGlInitialCount=1,
LONGlMaxCount=1,
LPCTSTRpstrName=NULL,
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpsaAttributes=NULL）;
lInitialCount:
信号量对象的初始计数值，即可访问线程数目的初始值；
lMaxCount：
信号量对象计数值的最大值，该参数决定了同一时刻可访问由信号量保护的资源的线程最大数目；
后两个参数在同一进程中使用一般为NULL，不作过多讨论；
在用CSemaphore类的构造函数创建信号量对象时要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。
一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就可以发出信号量信号。
但是当前可用计数减小到0时，则说明当前占用资源的线程数已经达到了所允许的最大数目，不能再允许其它线程的进入，此时的信号量信号将无法发出。
线程在处理完共享资源后，应在离开的同时通过ReleaseSemaphore（）函数将当前可用资源数加1。
三、实验方案
本系统通过ＶＣ提供的四种线程同步方案同时实现线程的同步。
其架构图如图1-1所示。
图1-1系统结构示意图
通过VC提供的线程创建函数：
CWinThread*AfxBeginThread（AFX_THREADPROCpfnThreadProc,LPVOIDpParam,intnPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL,UINTnStackSize=0,DWORDdwCreateFlags=0,LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSecurityAttrs=NULL）;
CWinThread*AfxBeginThread（CRuntimeClass*pThreadClass,intnPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL,UINTnStackSize=0,DWORDdwCreateFlags=0,LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSecurityAttrs=NULL）;
创建多线程，分别通过临界区（CCriticalSection）、事件（CEvent）、互斥量（CMutex）、信号量（CSemaphore）实现同步。
四、实验（设计）仪器设备和材料清单
PC每人一台，windows2000操作系统，Vc++6.0,msdn
五、调试及结果测试
在本实验中由于实验简单很容易就调试通过。
1.本系统采用ＭＦＣ编程。
其运行界面如图1-2所示。
分别人事件、互斥量、临界资源、信号量实现线程同步。
图1-2系统运行界面
2.单击SYNCH（同步按钮）会出现先写完Ａ后再写Ｂ。
如果单击ASYNCH按钮（异步按钮）则会出现ＡＢ交错出现这种现象这正在非同步所出现的现象。
如图1-3所示。
图1-3系统运行图
3.在事件同步栏中有两个文本框，分别是源文件路径与目的文件路径。
这是通过在内存中申请一个内存区通过复制一个文件来体现线程的同步。
如图1-4所示是选择源文件。
图1-4选择源文件
4．选择源文件与目的位置后单击ＣＯＰＹ按钮。
如图1-5所示已复制完成。
图1-5复制文件
六、实验数据、结果分析
单击同步与非同步按钮，分别出现两种情况，ＡＢ分别出现，ＡＢ交替出现。
达到预期的同步效果。
文件复制体现了同步的特征。
七、思考题
1.多线程是同一进程中的，考虑多进程同步问题？
答：
进程同步包括进程的互斥和进程的同步两个方面，是操作系统管理共享资源的一种手段。
从考试情况来看，许多考生对这部分知识掌握的不好，理解的不透。
用ＰＶ 操作解决进程同步问题时首先应确定问题是属于进程互斥还是进程同步，或是互斥与同步的混合问题。
然后根据共享资源的数量以及使用共享资源的规则正确的定义信号量及其初值。
然后决定在不同信号量上应实施的P操作和V操作，用这些P操作和V操作保证并发进程正确地使用共享资源。
下面我们就一些考题做一些分析，让考生在分析中理解进程同步，掌握进程同步。
用PV操作实现进程的互斥
用PV操作实现进程的互斥，只要用一个信号量与一组相关临界区联系起来，信号量的初值定义为“1”。
每个进程要进入临界区之前调用P操作，测试自己是否可以立即进入临界区；
执行完临界区的程序段后，调用V操作表示自己退出临界区。
用PV操作实现进程的同步
用PV操作实现进程的同步时应定义一组信号量，其中每个信号量与一个消息对应，根据各个消息量的物理含意确定初值。
进程通过调用P操作来测定自己需要的消息是否到达，通过调用V操作把其它进程需要的消息发送出去。
2.多线程设计的好处和缺点
优点：
相对于单线程而言：
可以响应多任务的并发操作。
多线程取消了主循环和轮流检测机制，一个线程可以暂停而不阻止系统其他的部分的执行，而且当程序中一个线程阻塞时，只有那个被阻塞的线程暂停，所有其他的线程继续执行。
相对于进程而言：
它所要求的开销比较小，转换成本较小。
所有线程共享同一地址空间，相互协作。
彼此之间通信很容易。
缺点：
等待共享资源的时候，运行速度会慢下来。
线程管理需要额外的CPU开销。
如果设计得不不合理，程序会变得异常负责。
会引发一些不正常的状态，像饥饿（starving），竞争（racing），死锁（deadlock），活锁（livelock）。
不同平台上会有一些不一致。
比如我在开发本书例程时发现，在有些平台下竞争很快就出现，但是换了台机器，它根本就不出现。
如果你在后者搞开发，然后发布到前者，那可就惨了
八、源代码
//ThreadSynchDlg.h:
headerfile
//
#if!
defined（AFX_THREADSYNCHDLG_H__D7C46AAA_1B84_4F00_A24A_D8BD76ECD0AA__INCLUDED_）
#defineAFX_THREADSYNCHDLG_H__D7C46AAA_1B84_4F00_A24A_D8BD76ECD0AA__INCLUDED_
#if_MSC_VER>
1000
#pragmaonce
#endif//_MSC_VER>
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//CThreadSynchDlgdialog
classCThreadSynchDlg:
publicCDialog
{
//Construction
public:
intInitCopyRight（）;
CThreadSynchDlg（CWnd*pParent=NULL）;
//standardconstructor
BOOLbmutex;
BOOLbcritical;
CStringsourcename;
CStringdesname;
CStringfilename;
HGLOBALhGlobal;
longreadlen,poslen,filelen;
LPVOIDpvData;
//DialogData
//{{AFX_DATA（CThreadSynchDlg）
enum{IDD=IDD_THREADSYNCH_DIALOG};
CProgressCtrlm_pos;
CEditm_source;
CEditm_des;
CEditm_resultcs;
CEditm_resultmu;
CEditm_resultsp;
CEditm_resultev;
//}}AFX_DATA
//ClassWizardgeneratedvirtualfunctionoverrides
//{{AFX_VIRTUAL（CThreadSynchDlg）
protected:
virtualvoidDoDataExchange（CDataExchange*pDX）;
//DDX/DDVsupport
//}}AFX_VIRTUAL
//Implementation
HICONm_hIcon;
//Generatedmessagemapfunctions
//{{AFX_MSG（CThreadSynchDlg）
virtualBOOLOnInitDialog（）;
afx_msgvoidOnSysCommand（UINTnID,LPARAMlParam）;
afx_msgvoidOnPaint（）;
afx_msgHCURSOROnQueryDragIcon（）;
afx_msgvoidOnBtsynchevent（）;
afx_msgvoidOnBtasynchevent（）;
afx_msgvoidOnBtsynchmutex（）;
afx_msgvoidOnBtasynchmutex（）;
afx_msgvoidOnBtsynchcsection（）;
afx_msgvoidOnBtasynchcsection（）;
afx_msgvoidOnBtbrowss（）;
afx_msgvoidOnBtbrowsd（）;
afx_msgvoidOnBtsynchsp（）;
afx_msgvoidOnBtasynchsp（）;
afx_msgvoidOnBtcopy（）;
afx_msgvoidOnBtclear（）;
afx_msgvoidOnBtexit（）;
//}}AFX_MSG
DECLARE_MESSAGE_MAP（）
};
//{{AFX_INSERT_LOCATION}}
//MicrosoftVisualC++willinsertadditionaldeclarationsimmediatelybeforethepreviousline.
#endif//!
//ThreadSynchDlg.cpp:
implementationfile
#include"
stdafx.h"
ThreadSynch.h"
ThreadSynchDlg.h"
#ifdef_DEBUG
#definenewDEBUG_NEW
#undefTHIS_FILE
staticcharTHIS_FILE[]=__FILE__;
#endif
#include<
afxmt.h>
HANDLEhSema;
//CAboutDlgdialogusedforAppAbout
classCAboutDlg:
CAboutDlg（）;
//{{AFX_DATA（CAboutDlg）
enum{IDD=IDD_ABOUTBOX};
//{{AFX_VIRTUAL（CAboutDlg）
//{{AFX_MSG（CAboutDlg）
CAboutDlg:
:
CAboutDlg（）:
CDialog（CAboutDlg:
IDD）
//{{AFX_DATA_INIT（CAboutDlg）
//}}AFX_DATA_INIT
}
voidCAboutDlg:
DoDataExchange（CDataExchange*pDX）
CDialog:
DoDataExchange（pDX）;
//{{AFX_DATA_MAP（CAboutDlg）
//}}AFX_DATA_MAP
BEGIN_MESSAGE_MAP（CAboutDlg,CDialog）
//{{AFX_MSG_MAP（CAboutDlg）
//Nomessagehandlers
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP（）
CThreadSynchDlg:
CThreadSynchDlg（CWnd*pParent/*=NULL*/）
CDialog（CThreadSynchDlg:
IDD,pParent）
//{{AFX_DATA_INIT（CThreadSynchDlg）
//NotethatLoadIcondoesnotrequireasubsequentDestroyIconinWin32
m_hIcon=AfxGetApp（）->
LoadIcon（IDR_MAINFRAME）;
voidCThreadSynchDlg:
//{{AFX_DATA_MAP（CThreadSynchDlg）
DDX_Control（pDX,IDC_PROGRESS,m_pos）;
DDX_Control（pDX,IDC_EDIT_SOURCE,m_source）;
DDX_Control（pDX,IDC_EDIT_DESTRINSTION,m_des）;
DDX_Control（pDX,IDC_EDIT_CSECTION,m_resultcs）;
DDX_Control（pDX,IDC_EDITMUTEX,m_resultmu）;
DDX_Control（pDX,IDC_EDIT_EVENT,m_resultev）;
BEGIN_MESSAGE_MAP（CThreadSynchDlg,CDialog）
//{{AFX_MSG_MAP（CThreadSynchDlg）
ON_WM_SYSCOMMAND（）
ON_WM_PAINT（）
ON_WM_QUERYDRAGICON（）
ON_BN_CLICKED（IDC_BTSYNC
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