进程同步的概念

实验三：进程同步实验

实验学时：3学时

一、实验目的

1、掌握操作系统的进程同步原理 2、熟悉linux的进程同步原语 3、设计程序，实现经典进程同步问题 二、实验基本原理

1、在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。

首先应弄清PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下： P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S?1；

②如果S?0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。 V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；

②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。

PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。

什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。

一般来说，信号量S?0

进程同步练习题

1．第二类读者写者问题，信号量解决方法

2．复印室里有一个操作员为顾客复印资料，有5把椅子供顾客休息等待复印。如果没有顾客，则操作员休息。当顾客来到复印室时，如果有空椅子则坐下来，并唤醒复印操作员；如果没有空椅子则必须离开复印室。

3．如果有三个进程R、W1、W2共享一个缓冲器B，而B中每次只能存放一个数。当缓冲器中无数时，进程R可以将从输入设备上读入的数存放到缓冲器中。若存放到缓冲器中的是奇数，则允许进程W1将其取出打印；若存放到缓冲器中的是偶数，则允许进程W2将其取出打印。同时规定：进程R必须等缓冲区中的数被取出打印后才能再存放一个数；进程W1或W2对每次存入缓冲器的数只能打印一次；W1和W2都不能从空缓冲中取数。写出这三个并发进程能正确工作的程序。

4．现有四个进程R1、R2、W1、W2，它们共享可以存放一个数的缓冲器B。进程R1每次把来自键盘的一个数存入缓冲器B中，供进程W1打印输出；进程R2每次从磁盘上读一个数存放到缓冲器B中，供进程W2打印输出。为防止数据的丢失和重复打印，问怎样用信号量操作来协调这四个进程的并发执行。

5．有一个仓库，可以存放A和B两种产品，但要求： （1）每次只能存入一种产品（A或B）；

实验三 进程同步机制

一、实验内容:

学习Windows有关进程/线程同步的背景知识和API，学习windows平台下常用的同步方式，并分析2个实验程序（利用信号量实现两个进程间的同步和利用互斥量实现读者写者问题），观察程序的运行情况并分析执行结果。 二、实验目的:

在本实验中，通过对互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）对象的了解，来加深对Windows 进程、线程同步的理解。

(1) 了解互斥量和信号量对象。

(2) 通过分析实验程序，理解管理信号量对象的API。 (3) 理解在进程中如何使用信号量对象。

(4) 通过分析实验程序，理解在线程中如何使用互斥量对象。

(5) 理解父进程创建子进程的程序设计方法，理解在主线程中创建子线程的方法。 三、实验要求：

(1) 理解Windows有关进程/线程同步的背景知识和API。

(2) 按要求运行2个程序，观察程序执行的结果，并给出要求的结果分析。

(3) 参照3-2程序，写出一个实现单个生产者—消费者问题的算法，可以使用单个缓冲区，也可以使用缓冲池，生产者随机产生任意形式的数据并放入缓冲区中，消费者则以随机的时间间隔从缓冲区中取数据，随机时间请使用随机数产生。 四、并发与

第3章

程进步与通信●同程同步与互斥进

本要章点

经●典进同程步问题●程管●程通进信

例子引

例：P入1,P2两程共享进 变量OCUTNC(UNOT的 值初5) 为P:{1 R1COUNT=;R 1=R+1;1 OUNT=C1;R }P :2{R =C2UON; RT=R2+1;2 COUT=RN2;} 分:●析 》1行顺序P执→2P1

执行结P1果：CONUT7,为 P:2COUT为6N ●。 2》执行顺序P1:{R=1CUON}TP2 :{2=ROUCT} NP:1{1=RR11;+OUNT=RC}1 2P{:2=RR+2;1CUNO=T2R}

执行果结1P:CUOT为N, P6:2CONTU6为。

●.3 1程进的步同互与

斥步同与互的引入斥O引入S程后进由，于程的异进性，步可能会 致程序导执行果结的确不定性 ，程序执使时出现不可行再现。性 ●进互斥程与同步的要任主是使并发 务行执的进程诸之间能效有共享地源资 相互合和，作而使从程的序执行有具可再 性。现●

进同步程互与斥念●概步：指同个进多中程生的发事存件在着种某时序关系它，必须按规们时序执定行，共同完成以 项任务 一 。如4*100:力接赛工厂的，水线，商品流入的和 出库 …库●互斥 多：进程个能不同时

第3章

程进步与通信●同程同步与互斥进

本要章点

经●典进同程步问题●程管●程通进信

例子引

例：P入1,P2两程共享进 变量OCUTNC(UNOT的 值初5) 为P:{1 R1COUNT=;R 1=R+1;1 OUNT=C1;R }P :2{R =C2UON; RT=R2+1;2 COUT=RN2;} 分:●析 》1行顺序P执→2P1

执行结P1果：CONUT7,为 P:2COUT为6N ●。 2》执行顺序P1:{R=1CUON}TP2 :{2=ROUCT} NP:1{1=RR11;+OUNT=RC}1 2P{:2=RR+2;1CUNO=T2R}

执行果结1P:CUOT为N, P6:2CONTU6为。

●.3 1程进的步同互与

斥步同与互的引入斥O引入S程后进由，于程的异进性，步可能会 致程序导执行果结的确不定性 ，程序执使时出现不可行再现。性 ●进互斥程与同步的要任主是使并发 务行执的进程诸之间能效有共享地源资 相互合和，作而使从程的序执行有具可再 性。现●

进同步程互与斥念●概步：指同个进多中程生的发事存件在着种某时序关系它，必须按规们时序执定行，共同完成以 项任务 一 。如4*100:力接赛工厂的，水线，商品流入的和 出库 …库●互斥 多：进程个能不同时

实验三 进程同步

一、 实验目的：

1. 了解进程和线程的同步方法，学会运用进程和线程同步方法来解决实际

问题；

2. 了解windows系统下Win32 API或Pthread信号量机制的使用方法；

二、 实验预备内容：

1. 对书上所说基于信号量的有限缓冲的生产者－消费者问题；

2. 对于信号量的概念有大概的了解，知道如何用信号量的wiat()和

signal()函数如何取消应用程序进入临界区的忙等；

三、 实验环境说明：

此实验在Win7(32位)CodeBlocks环境下实现，采用WinAPI的信号量机制。

四、 实验内容：

设计一个程序解决有限缓冲问题，其中的生产者与消费者进程如下图所示。在Bounded-Buffer Problem（6.6.1节）中使用了三个信号量：empty（记录有多少空位）、full（记录有多少满位）以及mutex（二进制信号量或互斥信号量，以保护对缓冲区插入与删除的操作）。对于本项目，empty和full将采用标准计数信号量，而mutex将采用二进制信号量。生产者与消费者作为独立线程，在empty、full、mutex的同步前提下，对缓冲区进行插入与删除。本项目可采用Pthread或Win32 API。（本实

第二章 进程同步 一、选择最合适的答案

1. 用P、V操作管理临界区时，信号量的初值一般应定义为（ C ）。

A.–1 B.0 C.1 D.任意值

2. 有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对一临界资源的互斥访问，则信号量的变化范围是（ A ）。

A.1至 –(m-1) B.1至m-1 C.1至–m D.1至m 3. 在下面的叙述中，正确的是（ C ）。

A.临界资源是非共享资源 B.临界资源是任意共享资源 C.临界资源是互斥共享资源 D.临界资源是同时共享资源 4. 对进程间互斥地使用临界资源，进程可以（ D ）

A.互斥地进入临界区 B.互斥地进入各自的临界区

C.互斥地进入同一临界区 D.互斥地进入各自的同类资源的临界区

5. 设两个进程共用一个临界资源的互斥信号量mutex，当mutex＝1时表示（ B ）。

A.一个进程进入了临界区，另一个进程等待 B.没有一个进程进入临界区 C.两个进程都进入了临界区 D.两个进程都在等待

6. 设两个进程共用一个临界资源的互斥

学号：

课程设计

题目 学院 专业 班级 姓名 指导教师

进程同步模拟设计——哲学家就餐问题

吴利军

2013 年 1 月 15 日

课程设计任务书

学生姓名：

指导教师：吴利军工作单位：计算机科学与技术学院

题目: 进程同步模拟设计——哲学家就餐问题 初始条件：

1．预备内容：阅读操作系统的进程管理章节内容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写

等具体要求）

1．模拟用信号量机制实现哲学家就餐问题。 2．设计报告内容应说明： ⑴需求分析；

⑵功能设计（数据结构及模块说明）； ⑶开发平台及源程序的主要部分；

⑷测试用例，运行结果与运行情况分析； ⑸自我评价与总结：

i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色； ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；

iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）； iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；

时间安排：

设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。

周2、周3：完成程序调试及测试。 周4、周5：验收、撰写

《操作系统》课程设计

题目：进程通信与进程同步机制实践

学院名称： 计算机科学与通信工程学院 班级学号： 学生姓名：

教师姓名： 教师职称：

2016年 1 月8日

目录

一 课程设计内容

二 开发环境 二 原理

五 主要数据结构和流程

六 原语对应的函数及算法

七 测试结果与分析 八 总结

九 源程序清单

一课程设计的内容

【设计内容】

某银行提供6个服务窗口(3个对私服务窗口，2个对公服务窗口，1个理财服务窗口、一台取号机和20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；若没有空座位，则在门外等待或离开。取号机每次仅允许一位顾客使用，有对公、对私和理财三类号，每位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。 【说明】

(1)可模拟设立一个服务时间区间如9：00-17:00，也可限定最大服务人数； (2)顾客达到时间随机，办理对私、对公、理财业务随机，每位顾客服务时间可设定在一定范围内。这些都可通过随机数产生。

(3)取号时顾客拿到的号含有号码和等待的人数，例如A、B、C分别代表对私、

课程设计报告

课程名称：操作系统

实验题目：用多进程同步方法解决生产者-消费

者问题

院 系：计算机科学与工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师：

一、概述：

1、问题描述：

用多进程同步方法解决生产者-消费者问题

设计目的:通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制. 说明:有界缓冲区内设有20个存储单元,放入/取出的数据项设定为1-20这20个整型数. 设计要求:

1) 每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的全部内容,当前指针位置和生产者/消费者线程的标识符.

2) 生产者和消费者各有两个以上.

3) 多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码. 2、程序设计基本思想:

生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。

计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。

而当某个进程释放资源时，