北交大操作系统作业进程同步实验.docx
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北交大操作系统作业进程同步实验
进程同步实验2
实验目的2
实验过程2
1.制造混乱2
实验结果：
4
结果分析：
4
2.mutex方案5
实验结果:
6
结果分析:
7
3.软件方案7
实验结果：
10
结果分析：
11
进程同步实验
实验目的
讨论临界区问题及其解决方案。
实验首先创建两个共享数据资源的并发线程。
在没有同步控制机制的情况下，我们将看到某些异常现象。
针对观察到的现象，本实验采用两套解决方案：
•利用Windows的mutex机制
•采用软件方案
然后比较这两种方案的性能优劣。
实验过程
1.制造混乱
Windows操作系统支持抢先式调度，这意味着一线程运行一段时间后，操作系统会暂停其运行并启动另一线程。
也就是说，进程内的所有线程会以不可预知的步调并发执行。
为了制造混乱，我们首先创建两个线程t1和t2。
父线程（主线程）定义两个全局变量，比如accnt1和accnt2。
每个变量表示一个银行账户，其值表示该账户的存款余额，初始值为0。
线程模拟在两个账户之间进行转账的交易。
也即，每个线程首先读取两个账户的余额，然后产生一个随机数r，在其中一个账户上减去该数，在另一个账户上加上该数。
线程操作的代码如下：
#include
#include
#include
intaccnt1=0;
intaccnt2=0;
doublebegin=0,end=0,time=0;
inti=1;
DWORDWINAPIrun（LPVOIDp）{
intcounter=0;
inttmp1,tmp2,r;
begin=GetTickCount（）;
do{
tmp1=accnt1;
tmp2=accnt2;
r=rand（）;
accnt1=tmp1+r;
accnt2=tmp2-r;
counter++;
}while（accnt1+accnt2==0&&counter<）;
end=GetTickCount（）;
time=end-begin;
printf（"counter=%d\n",counter）;
printf（"进程%d用时%lf\n",i,time）;
i++;
counter=0;
return0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
CreateThread（NULL,0,run,NULL,0,NULL）;
CreateThread（NULL,0,run,NULL,0,NULL）;
system（"PAUSE"）;
return0;
}
实验结果：
结果分析：
两个线程执行相同的代码。
由于执行过程相互交叉，某线程就有可能访问到新的accnt1值和老的accnt2值，从而导致账户余额数据发生混乱。
线程一旦检测到混乱的发生，便终止循环并打印交易的次数（counter）。
从实验结果可看出，每次进程二可全部完成，但是用时不一定，而进程一不一定能全部完成。
2.mutex方案
利用mutex对象，可以方便地实现临界区保护。
进入临界区时（在第一个读操作之前），锁住mutex对象；离开临界区时（在第二个写操作之后），打开mutex对象。
线程的阻塞与唤醒由系统管理，程序员无需干预。
以下给出的是在Windows操作系统下有关mutex对象操作的代码。
#include
#include
#include
intaccnt1=0;
intaccnt2=0;
doublebegin=0,end=0,time=0;
HANDLEhMutex;
inti=1;
DWORDWINAPIrun（LPVOIDp）
{
intcounter=0;
inttmp1,tmp2,r;
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
begin=GetTickCount（）;
do
{
tmp1=accnt1;
tmp2=accnt2;
r=rand（）;
accnt1=tmp1+r;
accnt2=tmp2-r;
counter++;
}
while（accnt1+accnt2==0&&counter<）;
end=GetTickCount（）;
time=end-begin;
printf（"进程%d用时%lf\n",i,time）;
printf（"%d\n",counter）;
i++;
ReleaseMutex（hMutex）;
counter=0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
hMutex=CreateMutex（NULL,FALSE,NULL）;
CreateThread（NULL,0,run,NULL,0,NULL）;
CreateThread（NULL,0,run,NULL,0,NULL）;
system（"PAUSE"）;
return0;
}
实验结果:
结果分析:
进程一平均用时：
28.4毫秒，进程二平均用时：
28毫秒，进程一和进程二都完成的平均用时是56.4毫秒。
从运行结果可以看出，利用mutex方案可以较为有效地解决临界资源访问问题。
进程一和进程二在次测试中都能够准确完成。
且进程一和进程二用时较为接近。
3.软件方案
假设操作系统没有提供同步原语。
这时，我们只能通过编程语言对变量的操作实现临界区保护。
设计方案如下：
#include
#include
#include
intaccnt1=0,accnt2=0;
DWORDWINAPIrun_1（LPVOIDp）
{
intcounter=0;
inttmp1=0,tmp2=0,r;
doublebegin=0,end=0,time=0;
begin=GetTickCount（）;
do
{
tmp1=accnt1;
tmp2=accnt2;
r=rand（）;
accnt1=tmp1+r;
accnt2=tmp2-r;
counter++;
}
while（accnt1+accnt2==0&&counter<）;
printf（"进程一counter=%d\n",counter）;
end=GetTickCount（）;
time=end-begin;
printf（"进程一用时：
%lf\n",time）;
counter=0;
return0;
}
DWORDWINAPIrun_2（LPVOIDp）
{
intcounter=0;
inttmp1=0,tmp2=0,r;
doublebegin=0,end=0,time=0;
begin=GetTickCount（）;
do
{
tmp1=accnt1;
tmp2=accnt2;
r=rand（）;
accnt1=tmp1+r;
accnt2=tmp2-r;
counter++;
}
while（accnt1+accnt2==0&&counter<）;
printf（"进程二counter=%d\n",counter）;
end=GetTickCount（）;
time=end-begin;
printf（"进程二用时：
%lf\n",time）;
counter=0;
return0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
intc1=0,c2=0;
intwill_wait;
while
（1）
{
c1=1;
will_wait=1;
while（c2&&（will_wait==1））;
CreateThread（NULL,0,run_1,NULL,0,NULL）;
//break;
c1=0;
break;
}
while
（1）
{
c2=1;
will_wait=2;
while（c1&&（will_wait==2））;
CreateThread（NULL,0,run_2,NULL,0,NULL）;
//break;
c2=0;
break;
}
system（"PAUSE"）;
return0;
}
实验结果：
结果分析：
从进程一和进程二中选取都完成了次计算的进程，选取五次计算平均结果。
得
进程一平均用时：
31毫秒，进程二平均用时：
25.2毫秒，进程一和进程二完成的平均用时是56.2毫秒.mutex方案与软件方案相比，用时较为接近，进程一和进程二的执行前后顺序不一定。
但是在软件方案中，进程一和进程二在测试中不一定能够执行完次，此方案不能对进程有效加解锁。
疑问：
从代码分析，c1和c2解决了资源的互斥访问，will_wait解决了“饥饿”现象，但是为什么执行结果和分析的不一样？
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