进程通信与进程同步机制实现.docx
《进程通信与进程同步机制实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《进程通信与进程同步机制实现.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
进程通信与进程同步机制实现
一．课程设计题目
某银行提供10个服务窗口（7个对私服务窗口，3个对公服务窗口）和100个供顾客等待的座位。
顾客到达银行时，若有空座位，则到取号机上领取一个号，等待叫号。
取号机每次仅允许一位顾客使用，有对公和对私两类号，美味顾客只能选取其中一个。
当营业员空闲时，通过叫号选取一位顾客，并为其服务。
请用P、V操作写出进程的同步算法。
二．课程设计目的
1、掌握基本的同步与互斥算法，理解银行排队系统操作模型。
2、学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相关API的使用方法。
3、了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。
三．课程设计要求
◆学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则；
◆学习了解Windows同步对象及其特性；
◆熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法；
◆设计程序，实现生产者/消费者进程（线程）的同步与互斥；
◆提交实验报告。
四．需要了解的知识
1.同步对象
同步对象是指Windows中用于实现同步与互斥的实体，包括信号量（Semaphore）、互斥量（Mutex）、临界区（CriticalSection）和事件（Events）等。
本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。
2.同步对象的使用步骤：
◆创建/初始化同步对象。
◆请求同步对象，进入临界区（互斥量上锁）。
◆释放同步对象（互斥量解锁）。
五．需要用到的API函数及相关函数
我们利用WindowsSDK提供的API编程实现实验题目要求，而VC中包含有WindowsSDK的所有工具和定义。
要使用这些API，需要包含堆这些函数进行说明的SDK头文件——最常见的是Windows.h（特殊的API调用还需要包含其他头文件）。
本实验使用到的API的功能和使用方法简单介绍
1、WaitForSingleObject（hSemaphoreChairs,INFINITE）;
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
●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
●格式
DWORDWaitForSingleObject（HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds）;
●参数说明
hHandle——信号量指针。
dwMilliseconds——等待的最长时间（INFINITE为无限等待）。
2、ReleaseMutex（hMutex）;
●功能——打开互斥锁，即把互斥量加1。
成功调用则返回0
●格式
BOOLReleaseMutex（HANDLEhMutex）;
ReleaseSemaphore（hSemaphoreShoppers,1,NULL）;
●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
●格式
BOOLReleaseSemaphore（HANDLEhSemaphore,
LONGlReleaseCount,
LPLONGlppreviousCount）;
●参数说明
hSemaphore——信号量指针。
lReleaseCount——信号量的增量。
lppreviousCount——保存信号量当前值。
3、hShoppersThread=CreateThread（NULL,0,fnTreadFunction,NULL,0,NULL）;
CreateThread
●功能——创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程
●格式
HANDLECreateThread（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,
DWORDdwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,
LPVOIDlpParamiter,
DWORDdwCreationFlags,
LpdwordlpThread）;
●参数说明
lpThreadAttributes——指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES（新线程的安全性描述符）。
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）
4、hMutex=CreateMutex（NULL,FALSE,NULL）;
hMutexBarber=CreateMutex（NULL,FALSE,NULL）;
●功能——创建一个命名或匿名的互斥量对象
●格式
HANDLECreateMutex（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,
BOOLbInitialOwner,
LPCTSTRlpName）;
5.hSemaphoreChairs=CreateSemaphore（NULL,dwWaitVolume,dwWaitVolume,NULL）;
hSemaphoreShoppers=CreateSemaphore（NULL,0,dwWaitVolume,NULL）;
●功能——创建一个命名或匿名的信号量对象
●格式
HANDLECreateSemaphore（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,
LONGlInitialCount,
LONGlMaximumCount,
LPCTSTRlpName）;
●参数说明
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。
lMaximumCount——信号量的最大值。
lpName——信号量名称。
hBarberThread=CreateThread（NULL,0,fnBarberFunction,NULL,0,NULL）;
●功能——创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程
●格式
HANDLECreateThread（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,
DWORDdwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,
LPVOIDlpParamiter,
DWORDdwCreationFlags,
LpdwordlpThread）;
●参数说明
lpThreadAttributes——指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES（新线程的安全性描述符）。
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）
六．原理及算法
1、信号量设置
hMutex：
取号机互斥信号量
hSemaphorePubCus：
等待对公服务顾客的数量
hSemaphorePriCus:
等待对私服务顾客的数量
hSemaphoreSeats：
剩余空座位的数量
2、线程创建
fnPubser1，fnPubser2，fnPubser3：
3个对公窗口线程
fnPriser1，fnPriser2，fnPriser3，fnPriser4，fnPriser5，fnPriser6，
fnPriser7：
7个对私窗口线程
fnPubTreadFunction：
对公顾客线程
fnPriTreadFunction：
对私顾客线程
seat：
可用座位数量
Pubcus=0：
初始对公顾客等待数量
Pricus=0：
初始对私顾客等待数量
dwCustoms=0：
初始顾客排队数量
3、P、V操作
semaphorehMutex,hSemaphorePubCus,hSemaphorePriCus,hSemaphoreSeats;
intseat，Pubcus=0，Pricus=0，dwCustoms=0；
hMutex.value=1;hSemaphorePubCus.value=0;hSemaphorePriCus.value=0;hSemaphoreSeats.value=seat;
processA//顾客线程
{inti=0;
p（&hSemaphoreSeats）;
p（&hMutex）;
在取号机上取号；
intset=rand（）%2；
Switch（set）
{
case0：
创建对公顾客线程;
dwCustoms++;
default:
创建对私顾客线程；
dwCustoms++；
}
v（&mutex）;
等待叫号；
接受服务；
v（&hSemaphorePubCus）;//当取到对私服务号时为v（&hSemaphorePriCus）;
}
processB//窗口线程，分对公窗口与对私窗口，执行过程相似，在此只写出其中一个窗口线程
{
P（&hSemaphorePubCus）;//当取到对私服务号是为p（&hSemaphorePriCus）;
若有顾客等待，则通过叫号为下一位顾客服务；
dwCustoms--；
v（&hSemaphoreSeats）;
为顾客提供服务
顾客离开；
}
七．算法流程图
八．主要数据结构及实现
通过创建十二个线程来实现银行排队系统，3个对公窗口，7个对私窗口，1个对公等待顾客，1个对私等待顾客，十个窗口建立之后，来顾客就执行，没顾客就挂起，进入等待状态，通过设计一个随机数来实现对公对私窗口的区分，服务时间可以通过设计一个随机时间来实现，四个信号量，其中一个互斥信号量是取号机的，因为取号机只能一个人用，其余三个分别是等待室的信号量，对公和对私服务信号量，进来一个人时，先检查座位是否满了，没满，则取号，进入等待室，然后等待窗口叫号，当服务完时，离开并释放一个座位。
顾客线程创建过程：
（顾客线程分对公顾客线程与对私顾客线程，创建过程基本类似，下面列举对公顾客线程创建过程）
DWORDWINAPIfnPriTreadFunction（LPVOIDlpParameter）
{
/*进入等待室PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphoreSeats,INFINITE）;
//检查等待室有没有空位，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室，同时不允许其他顾客进入
PrivateCustomers++;
cout<<"\n第"<\n";
ReleaseMutex（hMutex）;
ReleaseSemaphore（hSemaphorePrivateCustomers,1,NULL）;
//释放一个信号量使顾客可以接受服务
return0;
}
窗口线程创建过程：
（窗口线程分3个对公窗口与7个对私窗口，创建过程基本类似，下面列举对公窗口1线程创建过程）
DWORDWINAPIPublicSevice2（LPVOIDlpParameter）
{
while
（1）
{
if（PublicCustomers<=2）
{
cout<<"对公窗口2空闲!
\n";
}
/*开始对公服务PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphorePublicCustomers,INFINITE）;
//检查有没有顾客等待服务，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室时不允许其他顾客进入
WaitForSingleObject（PublicSevice2,INFINITE）;
//开始服务
ReleaseMutex（hMutex）;
//释放互斥量，室其他人可以进入
ReleaseSemaphore（hSemaphoreSeats,1,NULL）;
//释放信号量使其它顾客可以进入等待室
cout<<"第"<\n";
//窗口正在服务，服务延时
cout<<"第"<\n";
WaitCustoms--;
//记录顾客离开的序号
ReleaseMutex（hSemaphoreSeats）;
//释放信号量使其它顾客可以到达窗口接受服务
CloseHandle（PublicSevice2）;
}
}
九．实验测试结果及结果分析
结果分析
顾客进入银行之后，首先判断是否有空座位，若有，则在取号机上取号，等待窗口服务。
对于窗口而言，只要其空闲，则按照顾客取号的顺序为顾客提供服务。
所有线程执行结束之后程序结束。
十．课程设计总结
通过此次课程设计，对银行排队系统有了较为透彻的了解，同时也了解到了c++中许多api功能函数的运用，觉得c++真的是包含了好多好多功能，以前就以为只需要学会书上的东西就行，现在发现其实不然，好多东西都是我们从实践中学习到的，好多库函数自己根本就不知道，感觉这次真的学到了好多，不仅仅是把银行排队系统理解了，更重要的是巩固了以前的知识，学到了新的东西。
回顾此次课程设计，自从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，我们学到很多的知识，不仅巩固了以前所学的知识，而且学到很多课外的知识，通过本次设计，让我们懂得了理论与实际相结合的重要性，只有把所学的理论知识与实践相结合，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
总之，此次课程设计给我们提供了一个既动手又动脑、自学、独立实践的机会，是我们养成自学的好习惯，锻炼了实际分析问题和解决问题的能力，提高了适应实际编写的能力，为今后的学习和实践打下良好的基础。
十一.源程序清单
主要代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
DWORDseat,PublicCustomers=0,PrivateCustomers=0,WaitCustoms=0;
//分别设定座位的初始值，对公对私顾客窗口的初始值，等待顾客的初始值
HANDLEhMutex,hSemaphorePublicCustomers,hSemaphorePrivateCustomers,hSemaphoreSeats;
//分别设定取号机的互斥量，等待对公服务顾客的数量，等待对私服务顾客的数量和等待室剩余座位数的信号量
DWORDWINAPIfnPubTreadFunction（LPVOIDlpParameter）
{
/*进入等待室PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphoreSeats,INFINITE）;
//检查等待室有没有空位，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室，同时不允许其他顾客进入
PublicCustomers++;
cout<<"\n第"<\n";
ReleaseMutex（hMutex）;
//创建对公服务窗口线程
ReleaseSemaphore（hSemaphorePublicCustomers,1,NULL）;
return0;
}
DWORDWINAPIfnPriTreadFunction（LPVOIDlpParameter）
{
/*进入等待室PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphoreSeats,INFINITE）;
//检查等待室有没有空位，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室，同时不允许其他顾客进入
PrivateCustomers++;
cout<<"\n第"<\n";
ReleaseMutex（hMutex）;
ReleaseSemaphore（hSemaphorePrivateCustomers,1,NULL）;
//释放一个信号量使顾客可以接受服务
return0;
}
DWORDWINAPIPublicSevice1（LPVOIDlpParameter）
{
while
（1）
{
if（PublicCustomers<=1）
{
cout<<"对公窗口1空闲!
\n";
}
/*开始对公服务PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphorePublicCustomers,INFINITE）;
//检查有没有顾客等待服务，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室时不允许其他顾客进入
WaitForSingleObject（PublicSevice1,INFINITE）;
//开始服务
ReleaseMutex（hMutex）;
//释放互斥量，室其他人可以进入
ReleaseSemaphore（hSemaphoreSeats,1,NULL）;
//释放信号量使其它顾客可以进入等待室
cout<<"第"<\n";
//窗口正在服务，服务延时
cout<<"第"<\n";
WaitCustoms--;
//记录顾客离开的序号
ReleaseMutex（hSemaphoreSeats）;
//释放信号量使其它顾客可以到达窗口接受服务
CloseHandle（PublicSevice1）;
}
}
DWORDWINAPIPublicSevice2（LPVOIDlpParameter）
{
while
（1）
{
if（PublicCustomers<=2）
{
cout<<"对公窗口2空闲!
\n";
}
/*开始对公服务PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphorePublicCustomers,INFINITE）;
//检查有没有顾客等待服务，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室时不允许其他顾客进入
WaitForSingleObject（PublicSevice2,INFINITE）;
//开始服务
ReleaseMutex（hMutex）;
//释放互斥量，室其他人可以进入
ReleaseSemaphore（hSemaphoreSeats,1,NULL）;
//释放信号量使其它顾客可以进入等待室
cout<<"第"<\n";
//窗口正在服务，服务延时
cout<<"第"<\n";
WaitCustoms--;
//记录顾客离开的序号
ReleaseMutex（hSemaphoreSeats）;
//释放信号量使其它顾客可以到达窗口接受服务
CloseHandle（PublicSevice2）;
}
}
DWORDWINAPIPublicSevice3（LPVOIDlpParameter）
{
while
（1）
{
if（PublicCustomers<=3）
{
cout<<"对公窗口3空闲!
\n";
}
/*开始对公服务PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphorePublicCustomers,INFINITE）;
//检查有没有顾客等待服务，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室时不允许其他顾客进入
WaitForSingleObject（PublicSevice3,INFINITE）;
//开始服务
ReleaseMutex（hMutex）;
//释放互斥量，室其他人可以进入
ReleaseSemaphore（hSemaphoreSeats,1,NULL）;
//释放信号量使其它顾客可以进入等待室
cout<<"第"<\n";
//窗口正在服务，服务延时
cout<<"第"<\n";
WaitCustoms--;
//记录顾客离开的序号
ReleaseMutex（hSemaphoreSeats）;
//释放信号量使其它顾客可以到达窗口接受服务
CloseHandle（PublicSevice3）;
}
}
DWORDWINAPIPrivateSevice1（LPVOIDlpParameter）
{
while
（1）
{
if（PrivateCustomers<=1）
{
cout<<"对私窗口1空闲!
\n";
}
/*开始对私服务PV操作*/
WaitForSingleObject（hSemaphorePrivateCustomers,INFINITE）;
//检查有没有顾客等待服务，有则继续
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
//进入等待室时不允许其他顾客进入
WaitForSingleObject（PrivateSevice1,INFINITE）;
//开始服务
Rele
升级会员 