模拟多进程之间的同步与互斥.docx
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模拟多进程之间的同步与互斥
操作系统课程设计
一、题目2
二、设计部分2
2.1基本原理2
2.2算法实现2
2.3整体框图3
2.4局部框图4
三、结果：
7
四、遇到的主要问题11
五、代码实现：
12
六、总结21
一、题目
编程模拟多进程之间的同步与互斥。
二、设计部分
2.1基本原理
虽然进程具有异步特性，但系统中的各进程并不是彼此孤立的。
由于种种原因，它们之间常常相互作用并存在某种依赖或相互制约的关系。
为完成同一任务而相互合作的进程称为伙伴进程。
伙伴进程在执行过程中往往需要互通消息或相互等待。
例如，甲进程运行到某点时，要求乙进程为它提供信息，在未得到这一信息时，甲进程阻塞自己直到接受到消息。
进程间的这种协同关系称为进程的同步。
同步多发生在相互有逻辑关系的同组进程之间。
而互斥既可在在同组也可在不同组的进程间存在，因为或许进程间本无关系，只是在竞争资源时由于资源的原因而产生了联系。
所以广义的看，互斥是一种特殊的同步。
2.2算法实现
通过用一个整形变量的数值来模拟存在的资源个数，让进程在访问资源的过程中体现进程间的同步与互斥。
具体思路如下（开发工具：
Delphi7.0）：
我们可以通过线程来模拟存在的多个进程。
在delphi7.0中，过程synchronize（procedures）就可以用来管理多个线程之间的同步。
参数s是一个过程名。
执行synchronize的时候，将参数s插入其消息队列中，然后依次调用，从而实现多线程之间的同步。
设计中可以用线程来模拟进程对多个资源的访问。
当某个进程要申请一个资源时，将资源数减1，若其值小于0则表示有进程在等待资源（就体现了进程在使用资源过程中的互斥操作）。
用sleep（times）来模拟进程的使用资源；之后，释放资源，将资源数加1。
若资源数小于0，则唤醒一个等待的进程（体现了进程间的同步操作），分配资源。
通过进程的重复申请资源，来模拟唤醒功能。
用到的主要函数：
1、主进程部分
功能部分：
（1）根据线程的请求分配资源：
将该资源分配给申请线程，同时显示一下分配情况；如果值小于0，则表示等待分配资源状态；调功能（3）显示状态信息；
（2）根据线程的请求释放资源：
如果进程使用资源结束，则将资源数加1,若小于0，则唤醒一个等待的进程，并调功能（3）显示状态信息；
（3）显示状态：
如当前的状态，临界区资源的个数等；
数据部分：
（1）要创建线程的名称列表（线程的名字不能相同）；
（2）用一个整形变量来模拟临界区资源的个数；
2、子线程部分
功能部分：
（1）申请资源：
向主线程申请资源，如果成功，进入资源并利用，如果不成功，循环等待并SLEEP，重试n次后仍没有资源可利用，线程终止（以免死锁）并报错误信息
（2）模拟使用：
申请得资源后，随机使用一段时间
（3）申请释放；释放资源要向主进程提供申请，如果成功，那么停止，如果不成功，循环等待并SLEEP，如果重试n次后仍然无法释放资源，则报错误信息并终止；
数据部分：
（1）线程的名称，由线程创建时由主线程指定；
（2）运行时间，等待时间，重试次数，由创建的指定；
（3）休眠时间：
如果申请不到资源或不能申请退出等待的时间
（4）显示的信息列表：
显示的信息有线程名，运行时间，重试次数，现在状态等情况
2.3整体框图
2.4局部框图
调用过程execute（）,运行线程
K:
=0
Repeat
Until
K>retrytime
Synchronize（wantsource）
iswantsource
true
False
break
Sleep（waittime）
Inc（k）
k>retrytime
true
False
Synchronize（self.showerror）
Self.terminate;exit
Synchronize（wantsourceok）
Sleep（times）
I:
=0
Repeat
Until
i>retrytime
Synchronize（donwantsource）
isdonwantsource
True
False
Break
sleep（waitTime）;
Inc（i）;
i>retrytime
True
False
synchronize（self.ShowErrorEx）;
self.Terminate;
synchronize（donWantSourceOk）;
synchronize（EndThisRun）;
过程Wantsource（）
//申请资源
strToint（edtuse.text）-1<0
True
False
k=0
k=0
True
False
True
false
edtuse.Text
:
=intTostr
（strToint（edtuse.text）-1）;
self.isWantSource:
=false;
edtuse.Tex
t:
=intTostr（strToint（edtuse.text）-1）;
self.isWantSource:
=True;
self.isWantSource
True
False
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'申请资源成功'）;
Addinfo（format（'进程%s试图申请资源---当前还有可用资源，申请成功',[strname]））;
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'申请资源失败'）;
Addinfo（format（'进程%s试图申请资源---临界资源没有了，申请失败，等待%d毫秒再试',[strname,waittime]））;
过程donwantsource（）
//释放资源
isDonotWantSource:
=notCheckBox1.checked;
isDonotWantSource
True
False
edtuse.Text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）+1）;
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'释放资源成功'）;
Addinfo（format（'进程%s试图释放资源---资源尚未锁定，释放成功',[strname]））;
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'释放资源失败'）;
Addinfo（format（'进程%s试图释放资源---',[strname]））;
Addinfo（format（'资源被用户锁定，释放失败，等待%d毫秒再试',[waittime]））;
ShowError（）
//在允许进程释放资源的情况下，重试次数超过预定的
edtuse.text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）+1）;
addinfoTolvinfo（ListIndex,'超时错误并停止'）;
addinfo（format（'进程%s经过%d次重试，仍然没有成功，超时并终止线程',[strName,RetryTime]））;
ShowErrorEx（）
//在不允许进程释放资源的情况下，重试次数超出。
强制进程释放资源
addinfoTolvinfo（ListIndex,'超时错误并停止'）;
addinfo（format（'进程%s经过%d次重试，用户仍然锁定不准释放资源---',[strName,RetryTime]））;
addinfo（'为了防止死锁，强制释放并终止线程'）;
edtuse.Text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）+1）;
三、结果：
运行前：
运行中：
当进程被强制不能释放资源时：
当重试次数超过设定的次数时，会终止进程；
四、遇到的主要问题
1、进程申请资源时，先使资源数减1，若小于0，则表示临界资源不够，资源申请失败。
此时，进程会等待一定的时间之后去重试申请资源（模拟唤醒进程操作），在这个时候资源数是不能再减1的。
因为第一次已经表示有分配资源了。
同样，在等待的过程中，若有进程释放了资源，此时申请分配资源，也不能够再减1。
通过定义一个全局变量k，当k=0的时候，表示第一次申请资源；否则，当k>0，则意味着已经该进程在重试申请资源，此时不再执行资源个数减1的操作了。
2、当Tedit控件中的内容为空时，使用函数strtoint（），将Tedit控件中的内容转换为整形则会出错，所以在这个属性中默认一个初值0，这样就可以解决这个问题了。
五、代码实现：
unituMain;
interface
uses
Windows,Messages,SysUtils,Variants,Classes,Graphics,Controls,Forms,
Dialogs,ExtCtrls,StdCtrls,ComCtrls,Buttons,Spin;
type
TMain=class（TForm）
GroupBox1:
TGroupBox;
lbox:
TListBox;
Panel1:
TPanel;
StatusBar1:
TStatusBar;
GroupBox3:
TGroupBox;
GroupBox4:
TGroupBox;
Label3:
TLabel;
Label4:
TLabel;
btnCreate:
TBitBtn;
edtName:
TEdit;
Label5:
TLabel;
Label6:
TLabel;
GroupBox5:
TGroupBox;
Label8:
TLabel;
edtSource:
TEdit;
edtUse:
TEdit;
Label9:
TLabel;
lvInfo:
TListView;
Splitter1:
TSplitter;
Label2:
TLabel;
Label7:
TLabel;
Label10:
TLabel;
CheckBox1:
TCheckBox;
edtWaitTime:
TEdit;
edtTimes:
TEdit;
edtRetry:
TEdit;
procedurebtnCreateClick（Sender:
TObject）;
private
{Privatedeclarations}
public
procedureAddInfoTolvinfo（index:
integer;s:
string）;
procedureAddInfo（s:
string）;
{Publicdeclarations}
end;
TDemoProcedure=class（TThread）
public
ListIndex:
integer;
strName:
string;
WaitTime,RetryTime,Times:
Integer;
isWantSource:
boolean;//申请资源标志
isDonotWantSource:
boolean;//释放资源标志
constructorCreate（）;
private
{Privatedeclarations}
protected
procedureExecute;override;
procedureWantSource;
procedureWantsourceok;
proceduredonWantSource;
proceduredonWantsourceOK;
procedureEndThisRun;
procedureShowError;
procedureShowErrorEx;//释放资源被锁定，强制释放以防死锁
end;
const
sRun='运行状态';
sWait='申请资源';
sWaitOk='申请资源成功，进行使用期';
sExit='申请释放资源';
sExitOk='释放资源ok';
var
k:
integer;
Main:
TMain;
implementation
{$R*.dfm}
procedureTMain.btnCreateClick（Sender:
TObject）;
var
strName:
string;
waitTime,Retry,Times:
integer;
p:
TListitem;
isMore:
boolean;//判断该进程是否已存在
i:
integer;
DemoProcedure:
TDemoProcedure;
begin
strName:
=Trim（edtName.Text）;
waitTime:
=strToint（Trim（edtWaitTime.Text））;
Retry:
=strToint（Trim（edtRetry.Text））;
Times:
=strToint（Trim（edtTimes.Text））;
ifTrim（edtName.Text）=''then
beginShowMessage（'模拟进程的名称不能为空'）;edtName.SetFocus;exit;end;
if（WaitTime<=0）then
beginShowMessage（'等待时间不能为空，且要大于0'）;edtWaitTime.SetFocus;exit;end;
if（Times<=0）then
beginshowMessage（'运行时间不能为空，且要大于0'）;edtTimes.SetFocus;exit;end;
if（Retry<=0）then
beginShowMessage（'重试次数不能少于0'）;edtRetry.SetFocus;exit;end;
isMore:
=false;
fori:
=0tolvinfo.Items.Count-1do
begin
iflvinfo.Items[i].Caption=strNamethen
beginisMore:
=true;break;end;
end;
ifisMorethen
beginShowMessage（'模拟进程的名称要唯一'）;edtName.SetFocus;exit;end;
edtName.SetFocus;
withlvinfodo//如果成功，写入进程信息列表中
begin
p:
=Items.Add;
p.Caption:
=strname;
p.SubItems.Add（intTostr（waitTime））;
p.SubItems.Add（intTostr（Retry））;
p.SubItems.Add（sRun）;
end;
i:
=lvInfo.Items.Count-1;
//创建模拟进程
DemoProcedure:
=TDemoProcedure.Create（）;//创建进程
DemoProcedure.strName:
=strName;
DemoProcedure.Times:
=Times*1000;
DemoProcedure.ListIndex:
=i;
DemoProcedure.WaitTime:
=waitTime*1000;
DemoProcedure.RetryTime:
=Retry;
DemoProcedure.Resume;//runthethread
end;
procedureTMain.AddInfotoLvinfo（index:
integer;s:
string）;
begin
iflvinfo.Items.Count-1ifindex<0thenexit;
lvinfo.Items[index].SubItems[2]:
=s;;
end;
procedureTMain.AddInfo（s:
string）;
begin
lbox.Items.Add（s）;
//Application.ProcessMessages;
end;
{TDemoProcedure}
constructorTDemoProcedure.Create;
begin
FreeOnTerminate:
=True;
inheritedCreate（True）;
end;
procedureTDemoProcedure.donWantSource;//释放资源
begin
withMaindo
begin
isDonotWantSource:
=notCheckBox1.checked;
ifisDonotWantSourcethen
begin
//释放资源
edtuse.Text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）+1）;
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'释放资源成功'）;
Addinfo（format（'进程%s试图释放资源---资源尚未锁定，释放成功',[strname]））;
end
else
begin
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'释放资源失败'）;
Addinfo（format（'进程%s试图释放资源---',[strname]））;
Addinfo（format（'资源被用户锁定，释放失败，等待%d毫秒再试',[waittime]））;
end;
end;
end;
procedureTDemoProcedure.donWantsourceOK;//将相关信息写入信息框
begin
withMaindo
begin
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'释放资源'）;
Addinfo（format（'进程%s成功释放资源---释放资源后马上会自动终止本进程',[strname]））;
end;
end;
procedureTDemoProcedure.ShowError;//在允许进程释放资源的情况下，重试次数超过预定的
begin
withMaindo
begin
edtuse.text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）+1）;
addinfoTolvinfo（ListIndex,'超时错误并停止'）;
addinfo（format（'进程%s经过%d次重试，仍然没有成功，超时并终止线程',[strName,RetryTime]））;
end;
end;
procedureTDemoProcedure.ShowErrorEx;//在不允许进程释放资源的情况下，重试次数超出。
强制进程释放资源
begin
withMaindo
begin
addinfoTolvinfo（ListIndex,'超时错误并停止'）;
addinfo（format（'进程%s经过%d次重试，用户仍然锁定不准释放资源---',[strName,RetryTime]））;
addinfo（'为了防止死锁，强制释放并终止线程'）;
edtuse.Text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）+1）;
end;
end;
procedureTDemoProcedure.WantSource;
begin
withMaindo
begin
ifstrToint（edtuse.text）-1<0then
begin
ifk=0then//首次申请资源,同一个进程重复第二次申请时，不应该再减1了
edtuse.Text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）-1）;
self.isWantSource:
=false;
end
else
begin
ifk=0then//首次申请资源。
当k!
=0的时候表明是在重复申请资源的过程中
//有了可用资源了，此时不应该再减1!
!
!
所以有控制语句
edtuse.Text:
=intTostr（strToint（edtuse.text）-1）;
self.isWantSource:
=True;
end;
ifself.isWantSourcethen//申请到了资源
begin
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'申请资源成功'）;
Addinfo（format（'进程%s试图申请资源---当前还有可用资源，申请成功',[strname]））;
end
else//资源正被其他进程在使用
begin
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'申请资源失败'）;//添加到进程信息表中
Addinfo（format（'进程%s试图申请资源---临界资源没有了，申请失败，等待%d毫秒再试',[strname,waittime]））;
//添加相关信息到状态显示框中
end;
end;
end;
procedureTDemoProcedure.Wantsourceok;
begin
withMaindo
begin
AddinfoTolvinfo（ListIndex,'使用资源状态'）;
Addinfo（format（'进程%s成功申请资源---正在使用过程中，将运行%d毫秒',[strname,times]））;
end;
end;
procedureTDemoProcedure.Execute;
var
i:
integer;
begin
k:
=0;
repeat
synchronize（WantSource）;
//主线程将synchronize中参数过程放入到消息队列中，然后逐个的响应这些消息
//而实现进程之间的同步
ifisWantSourcethenbreak//申请到了资源
else//资源正在被其他进程使用
sleep（waitTime）;
Inc（k）;
until（k>=retrytime）;
ifk>=retrytimethen
begin//未申请到资源退出
synchronize（self.ShowError）;
self.Terminate;
exit;
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