进程同步与互斥文档格式.docx
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DWORDdwCreationFlags,
LpdwordlpThread>
●参数说明
lpThreadAttributes——指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES（新线程的安全性描述符>
5PCzVD7HxA
dwStackSize——定义原始堆栈大小。
lpStartAddress——指向使用LPTHRAED_START_ROUTINE类型定义的函数。
lpParamiter——定义一个给进程传递参数的指针。
dwCreationFlags——定义控制线程创建的附加标志。
lpThread——保存线程标志符（32位>
（2>
CreateMutex
●功能——创建一个命名或匿名的互斥量对象
HANDLECreateMutex（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,jLBHrnAILg
BOOLbInitialOwner,
LPCTSTRlpName>
lpMutexAttributes——必须取值NULL。
bInitialOwner——指示当前线程是否马上拥有该互斥量（即马上加锁>
lpName——互斥量名称。
（3>
CreateSemaphore
●功能——创建一个命名或匿名的信号量对象
HANDLECreateSemaphore（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,xHAQX74J0X
LONGlInitialCount,
LONGlMaximumCount,
LPCTSTRlpName>
lpSemaphoreAttributes——必须取值NULL。
lInitialCount——信号量的初始值。
该值大于0，但小于lMaximumCount指定的最大值。
LDAYtRyKfE
lMaximumCount——信号量的最大值。
lpName——信号量名称。
（4>
WaitForSingleObject
●功能——使程序处于等待状态，直到信号量hHandle出现（即其值大于等于1>
或超过规定的等待时间
DWORDWaitForSingleObject（HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds>
Zzz6ZB2Ltk
hHandle——信号量指针。
dwMilliseconds——等待的最长时间（INFINITE为无限等待>
（5>
ReleaseSemaphore
●功能——对指定信号量加上一个指定大小的量。
成功执行则返回非0值
BOOLReleaseSemaphore（HANDLEhSemaphore,
LONGlReleaseCount,
LPLONGlppreviousCount>
hSemaphore——信号量指针。
lReleaseCount——信号量的增量。
lppreviousCount——保存信号量当前值。
（6>
ReleaseMutex
●功能——打开互斥锁，即把互斥量加1。
成功调用则返回0
BOOLReleaseMutex（HANDLEhMutex>
hMutex——互斥量指针。
（7>
InitializeCriticalSection
●功能——初始化临界区对象
VOIDInitializeCriticalSection（LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection>
dvzfvkwMI1
lpCriticalSection——指向临界区对象的指针。
（8>
EnterCriticalSection
●功能——等待指定临界区对象的所有权
VOIDenterCriticalSection（LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection>
rqyn14ZNXI
（9>
LeaveCriticalSection
●功能——释放指定临界区对象的所有权
VOIDLeaveCriticalSection（LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection>
EmxvxOtOco
四、实验示例（方法、步骤与例程>
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
1P3
2P4
3C41
4P2
5C3124
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
用整型数组Buffer_Critical表示缓冲区。
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。
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。
SixE2yXPq5
●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。
6ewMyirQFL
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
五、参考程序如下：
#include<
windows.h>
fstream.h>
stdio.h>
string>
conio.h>
//定义一些常量
//本程序允许的最大临界区数
#defineMAX_BUFFER_NUM10
//秒到微秒的乘法因子
#defineINTE_PER_SEC1000
//本程序允许的生产和消费线程的总数
#defineMAX_THREAD_NUM64
//定义一个结构，记录在测试文件中指定的每一个线程的参数
structThreadInfo
{
intserial。
//线程序列号
charentity。
//是P还是C
doubledelay。
//线程延迟
intthread_request[MAX_THREAD_NUM]。
//线程请求队列
intn_request。
//请求个数
}。
//全局变量的定义
//临界区对象的声明,用于管理缓冲区的互斥访问
CRITICAL_SECTIONPC_Critical[MAX_BUFFER_NUM]。
intBuffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM]。
//缓冲区声明，用于存放产品
HANDLEh_Thread[MAX_THREAD_NUM]。
//用于存储每个线程句柄的数组
ThreadInfoThread_Info[MAX_THREAD_NUM]。
//线程信息数组
HANDLEempty_semaphore。
//一个信号量
HANDLEh_mutex。
//一个互斥量
DWORDn_Thread=0。
//实际的线程的数目
DWORDn_Buffer_or_Critical。
//实际的缓冲区或者临界区的数目
HANDLEh_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]。
//生产者允许消费者开始消费的信号量kavU42VRUs
//生产消费及辅助函数的声明
voidProduce（void*p>
voidConsume（void*p>
boolIfInOtherRequest（int>
intFindProducePosition（>
intFindBufferPosition（int>
intmain（void>
//声明所需变量
DWORDwait_for_all。
ifstreaminFile。
//初始化缓冲区
for（inti=0。
i<
MAX_BUFFER_NUM。
i++>
Buffer_Critical[i]=-1。
//初始化每个线程的请求队列
for（intj=0。
j<
MAX_THREAD_NUM。
j++>
for（intk=0。
k<
k++>
Thread_Info[j].thread_request[k]=-1。
Thread_Info[j].n_request=0。
}
//初始化临界段对象
for（i=0。
InitializeCriticalSection（&
PC_Critical[i]>
//打开输入文件，按照规定的格式提取线程等信息
inFile.open（"
test.txt"
>
//从文件中获得实际的缓冲区的数目
inFile>
n_Buffer_or_Critical。
inFile.get（>
printf（"
输入文件是:
\n"
//回显获得的缓冲区的数目信息
%d\n"
（int>
n_Buffer_or_Critical>
//提取每个线程的信息到相应数据结构中
while（inFile>
Thread_Info[n_Thread].serial。
Thread_Info[n_Thread].entity。
Thread_Info[n_Thread].delay。
charc。
inFile.get（c>
while（c!
='
\n'
&
!
inFile.eof（>
Thread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_Thread].n_request++]。
y6v3ALoS89
n_Thread++。
//回显获得的线程信息，便于确认正确性
for（j=0。
（int>
n_Thread。
intTemp_serial=Thread_Info[j].serial。
charTemp_entity=Thread_Info[j].entity。
doubleTemp_delay=Thread_Info[j].delay。
\nthread%2d%c%f"
Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay>
M2ub6vSTnP
intTemp_request=Thread_Info[j].n_request。
for（intk=0。
Temp_request。
%d"
Thread_Info[j].thread_request[k]>
cout<
<
endl。
\n\n"
//创建在模拟过程中几个必要的信号量
empty_semaphore=CreateSemaphore（NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_0YujCfmUCw
or_Critical,"
semaphore_for_empty"
h_mutex=CreateMutex（NULL,FALSE,"
mutex_for_update"
eUts8ZQVRd
//下面这个循环用线程的ID号来为相应生产线程的产品读写时所使用的同步信号量命名
std:
:
stringlp="
semaphore_for_produce_"
inttemp=j。
while（temp>
charc=（char>
（temp%10>
lp+=c。
temp/=10。
h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore（NULL,0,n_Thread,lp.c_str（>
sQsAEJkW5T
//创建生产者和消费者线程
if（Thread_Info[i].entity=='
P'
h_Thread[i]=CreatThread（NULL,0,（LPTHREAD_START_ROUTINE>
（Produce>
GMsIasNXkA
（Thread_Info[i]>
0,NULL>
else
h_Thread[i]=CreateThread（NULL,0,（LPTHREAD_START_ROUTINE>
（Consume>
TIrRGchYzg
//主程序等待各个线程的动作结束
wait_for_all=WaitForMultipleObjects（n_Thread,h_Thread,TRUE,-1>
7EqZcWLZNX
\n\nALLProducerandconsumerhavefinishedtheirwork.\n"
lzq7IGf02E
Pressanykeytoquit!
_getch（>
return0。
//确认是否还有对同一产品的消费请求未执行
boolIfInOtherRequest（intreq>
Thread_Info[i].n_request。
if（Thread_Info[i].thread_request[j]==req>
returnTRUE。
returnFALSE。
//找出当前可以进行产品生产的空缓冲区位置
intEmptyPosition。
if（Buffer_Critical[i]==-1>
EmptyPosition=i。
//用下面这个特殊值表示本缓冲区正处于被写状态
Buffer_Critical[i]=-2。
break。
returnEmptyPosition。
//找出当前所需生产者生产的产品的位置
intFindBufferPosition（intProPos>
intTempPos。
if（Buffer_Critical[i]==ProPos>
TempPos=i。
returnTempPos。
//生产者进程
//局部变量声明
DWORDwait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay。
intm_serial。
//获得本线程的信息
m_serial=（（ThreadInfo*>
（p>
->
serial。
m_delay=（DWORD>
（（（ThreadInfo*>
delay*INTE_PER_SEC>
zvpgeqJ1hk
Sleep（m_delay>
//开始请求生产
Producer%2dsendstheproducerequire.\n"
m_serial>
NrpoJac3v1
//确认有空缓冲区可供生产，同时将空位置数empty减1；
用于生产者和消费者的同步
wait_for_semaphore=WaitForSingleObject（empty_semaphore,-1>
1nowfTG4KI
//互斥访问下一个可用于生产的空临界区，实现写写互斥
wait_for_mutex=WaitForSingleObject（h_mutex,-1>
intProducePos=FindProducePosition（>
ReleaseMutex（h_mutex>
//生产者在获得自己的空位置并做上标记后，以下的写操作在生产者之间可以并发
//在核心生产步骤中，程序将生产者的ID作为产品编号放入，方便消费者识别
Producer%2dbegintoproduceatposition%2d.\n"
m_serial,fjnFLDa5Zo
ProducePos>
Buffer_Critical[ProducePos]=m_serial。
Producer%2dfinishproducing:
position[%2d]:
%3d\n"
ProducePos,Buffer_Critical[Produce-tfnNhnE6e5
Pos]>
//使生产者写的缓冲区可以被多个消费者使用，实现读写同步
ReleaseSemaphore（h_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL>
HbmVN777sL
//消费者进程
DWORDwait_for_semaphore,m_delay。
intm_serial,m_requestNum。
//消费者的序列号和请求的数目
intm_thread_request[MAX_THREAD_NUM]。
//本消费线程的请求队列
//提取本线程的信息到本地
V7l4jRB8Hs
m_requestNum=（（ThreadInfo*>
n_request。
m_requestNum。
m_thread_request[i]=（（ThreadInfo*>
thread_request[i]。
83lcPA59W9
//循环进行所需产品的消费
//请求消费下一个产品
Consumer%2drequesttoconsume%2dproduct\n"
m_serial,m_mZkklkzaaP
thread_request[i]>
//如果对应生产者没有生产，则等待；
//如果生产了,允许的消费者数目为-1；
实现了读写同步
wait_for_semaphore=WaitForSingleObject（h_Semaphore[m_thread_request[i]],-1。
AVktR43bpw
//查询所需产品放到缓冲区的号
intBufferPos=FindBufferPosition（m_thread_request[i]>
ORjBnOwcEd
//开始进行具体缓冲区的消费处理，读和读在该缓冲区上仍然是互斥的
//进入临界区后执行消费动作；
并在完成此次请求后，通知另外的消费者本处请求已经满足；
//同时如果对应的产品使用完
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