線程同步機(jī)制實(shí)驗(yàn)報告

1、線程同步機(jī)制實(shí)驗(yàn)報告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^觀察共享數(shù)據(jù)資源但不受控制的兩個線程的并發(fā)運(yùn)行輸出結(jié)果， 體會同步機(jī)制的必要性和重要性。 然后利用現(xiàn)有操作系統(tǒng)提供的同步機(jī)制編程實(shí)現(xiàn)關(guān)于該兩個線程的有序控制，同時要求根據(jù)同步機(jī)制的 Peterson 軟件解決方案嘗試自己編程實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制和用于同一問題的解決， 并基于程序運(yùn)行時間長短比較兩種同步機(jī)制。二、實(shí)驗(yàn)容：1、基于給定銀行賬戶間轉(zhuǎn)賬操作模擬代碼作為線程執(zhí)行代碼，在主線程中創(chuàng)建兩個并發(fā)線程，編程實(shí)現(xiàn)并觀察程序運(yùn)行結(jié)果和予以解釋說明。同步機(jī)制）（無2、利用 Win32 API 中互斥信號量操作函數(shù)解決上述線程并發(fā)問題，并分析、嘗試和討論線程執(zhí)行體中有關(guān)信

2、號量操作函數(shù)調(diào)用的正確位置。3、根據(jù)同步機(jī)制的Peterson 軟件解決方案嘗試自己編程實(shí)現(xiàn)線程同步機(jī)制和用于上述線程并發(fā)問題的解決，并基于程序運(yùn)行時間長短將其與基于 Win32 API 互斥信號量的線程同步機(jī)制的效率展開比較。 其間，可規(guī)定線程主體代碼循環(huán)執(zhí)行 1000000 次。三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境：操作系統(tǒng)： Windows 7軟件：VC+6.0四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計：本實(shí)驗(yàn)包含三個基于并發(fā)線程的程序，第一個沒有同步機(jī)制，第二個利用 Win32 API 中互斥信號量操作函數(shù)解決線程并發(fā)問題，第三個根據(jù)同步機(jī)制的 Peterson 軟件解決方案實(shí)現(xiàn)線程同步機(jī)制并解決線程并發(fā)問題。三個程序擁有相同的線程主體

3、:線程主體設(shè)計：donTemp1 = nAccount1;nTemp2 = nAccount2;nRandom = rand();nAccount1 = nTemp1 + nRandom;nAccount2 = nTemp2 - nRandom;nLoop+; while (nAccount1 + nAccount2)=0);該線程主體是對銀行賬戶間轉(zhuǎn)賬操作模擬的模擬，可知，若并發(fā)的線程不發(fā)生交叉， 則依次轉(zhuǎn)賬操作后nAccount1 + nAccount2 的值永遠(yuǎn)為0，程序不會跳出循環(huán)，如果線程發(fā)生交叉，則經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)賬操作后，就有可能出現(xiàn) nAccount1 + nAccount2 不為

4、 0 的情況，此時程序跳出循環(huán)。本實(shí)驗(yàn)的三個程序就是基于此線程主體逐步實(shí)現(xiàn)的。同步機(jī)制的 Peterson軟件解決方案五、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計：程序一：沒有同步機(jī)制說明： ThreadFunc(HANDLE Thread)為線程函數(shù)；nAccount1、aAccount2 模擬賬戶； nLoop 記錄循環(huán)次數(shù)； nRandom 是產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)模擬轉(zhuǎn)賬金額； nTemp1、nTemp2 用于暫存 nAccount1、aAccount2；HANDLE Thread2創(chuàng)建兩個線程句柄。程序二：利用 Win32 API 中互斥信號量說明：mutex 為互斥信號量； time_start、time_end 為線

5、程開始運(yùn)行和結(jié)束的時間； time=time_end- time_start。程序三：同步機(jī)制的Peterson軟件解決方案說明： flag 為長度為 2 的 bool 型數(shù)組， turn 為整型， flag 與 turn 共同實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制的 Peterson軟件解決方案； nLoop1 記錄線程 0 的循環(huán)次數(shù)； nLoop 記錄線程 1 的循環(huán)次數(shù)。六、算法流程圖：程序一：沒有同步機(jī)制開始創(chuàng)建兩個線程線程 1轉(zhuǎn)賬線程 2轉(zhuǎn)賬NnAccount1 +NnAccount2=0Y輸出循環(huán)次數(shù)結(jié)束程序二：利用 Win32 API 中互斥信號量開始創(chuàng)建兩個線程線程1線程 2等待資源等待資源WaitF

6、orSingleObject(muteWaitForSingleObject(mutex,INFINITE);x,INFINITE);轉(zhuǎn)賬轉(zhuǎn)賬nLoop+;nLoop+;釋放資源釋放資源NNnLoop<1000000Y輸出循環(huán)次數(shù)結(jié)束程序三：同步機(jī)制的Peterson軟件解決方案開始創(chuàng)建兩個線程線程1線程2等待資源等待資源flag0=true; turn=1;flag0=true; turn=1;while(flag1 &&while(flag1 &&turn=1)turn=1)轉(zhuǎn)賬轉(zhuǎn)賬nLoop1+;nLoop2+;釋放資源釋放資源NNnLoop1+nL

7、oop2<1000000Y輸出循環(huán)次數(shù)結(jié)束七、實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果截圖：程序一：沒有同步機(jī)制程序二：利用 Win32 API 中互斥信號量程序三：同步機(jī)制的Peterson軟件解決方案八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：第一個程序 兩個線程并發(fā)并沒有同步機(jī)制，所以產(chǎn)生了 nAccount1 + nAccount2 不為 0 的情況，程序跳出循環(huán)，一個線程結(jié)束，但剩余的一個線程自己是無法跳出循環(huán)的，所以程序一直在運(yùn)行；第二個程序利用互斥信號并通過成功資源資源來解決并發(fā)帶來的混亂；第三個程序通過同步機(jī)制的 Peterson 軟件解決方案解決并發(fā)帶來的混亂；通過結(jié)果可知，同步機(jī)制的Peterson軟件解決方案的效率要高

8、于利用 Win32 API 中互斥信號量的方法。九、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：實(shí)驗(yàn)心得：通過本次實(shí)驗(yàn)，我鍛煉里自己的編程能力，并對理論知識有了進(jìn)一步的理解。對線程并發(fā)問題有了進(jìn)一步的體會， 并掌握了同步線程的方法，特別是同步機(jī)制的 Peterson 軟件解決方案。同時我也體會到，學(xué)好這門課程，不光要掌握好理論，更重要的是要多實(shí)踐，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象多加分析研究，才會融會貫通所學(xué)的容。實(shí)驗(yàn)評價：本實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成了要求的全部容，成功得出了結(jié)果。但實(shí)驗(yàn)程序也存在一些潛在的漏洞， 比如第三個程序在多次執(zhí)行中會出現(xiàn)總的循環(huán)次數(shù)不為 1000000 的情況，有待進(jìn)一步完善。十、實(shí)驗(yàn)程序清單：程序一：沒有同步機(jī)制#incl

9、ude <stdio.h>#include<windows.h>#include<stdlib.h>#include<iostream>using namespace std;int nAccount1=0, nAccount2=0;int nLoop=0;int nTemp1,nTemp2,nRandom;DWORD WINAPI ThreadFunc(HANDLE Thread)donTemp1 = nAccount1;nTemp2 = nAccount2;nRandom = rand();nAccount1 = nTemp1 + nRand

10、om;nAccount2 = nTemp2 - nRandom;nLoop+; while (nAccount1 + nAccount2)=0); printf(" 循環(huán)次數(shù)為 %dn", nLoop); return 0;int main()HANDLE Thread2;Thread0=CreateThread(NULL,0,ThreadFunc,NULL,0,NULL);Thread1=CreateThread(NULL,0,ThreadFunc,NULL,0,NULL);WaitForMultipleObjects(2,Thread,TRUE,INFINITE);Cl

11、oseHandle(Thread);return 0;程序二：利用Win32 API 中互斥信號量#include <windows.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include<iostream>using namespace std;#define COUNT 1000000int nAccount1 = 0, nAccount2 = 0;int nLoop = 0;int nTemp1, nTemp2, nRandom;HANDLE mutex;DWORD WINAPI ThreadFunc

12、(LPVOID lpParamter)WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);donTemp1 = nAccount1;nTemp2 = nAccount2;nRandom = rand();nAccount1 = nTemp1 + nRandom;nAccount2 = nTemp2 - nRandom;nLoop+;ReleaseMutex(mutex);WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);while (nAccount1+nAccount2 = 0 && nLoop<COUNT);printf(&q

13、uot; 循環(huán)次數(shù)為 %dn", nLoop);ReleaseMutex(mutex);return 0;int main()long time;HANDLE Thread2;DWORD time_start, time_end;time_start = GetTickCount();mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,"screen");Thread0 = CreateThread(NULL,0,ThreadFunc,NULL,0,NULL);Thread1 = CreateThread(NULL,0,ThreadFunc,NULL,0

14、,NULL);WaitForMultipleObjects(2,Thread,TRUE,INFINITE);CloseHandle(Thread);CloseHandle(mutex);time_end = GetTickCount();time=time_end-time_start;cout<<" 總共用時： "<<time<<"ms"<<endl;return 0;程序三：同步機(jī)制的Peterson 軟件解決方案#include <windows.h>#include <stdlib

15、.h>#include<iostream>using namespace std;#define COUNT 1000000int nAccount1=0,nAccount2=0;int nLoop1 = 0;int nLoop2 = 0;int nTemp1=0,nTemp2=0,nRandom;bool flag2;int turn;HANDLE mutex;DWORD WINAPI ThreadFunc0(HANDLE Thread)flag0=true;turn=1;while(flag1 && turn=1)do/這三行是模擬互斥信號量申請nTemp

16、1 = nAccount1;nTemp2 = nAccount2;nRandom = rand();nAccount1 = nTemp1 + nRandom;nAccount2 = nTemp2 - nRandom;nLoop1+;flag0=false;flag0=true;turn=1;while(flag1 && turn=1)/釋放資源/這三行是模擬互斥信號量申請while(nAccount1+nAccount2)=0 && (nLoop1+nLoop2)<COUNT ); cout<<"1 循環(huán)次數(shù)為 :"<

17、<nLoop1<<endl; flag0=false;return 0;DWORD WINAPI ThreadFunc1(HANDLE Thread)flag1=true;turn=0;while(flag0 && turn=0)do/這三行是模擬互斥信號量申請nTemp1=nAccount1;nTemp2=nAccount2;nRandom = rand();nAccount1 = nTemp1 + nRandom;nAccount2 = nTemp2 - nRandom;nLoop2+;flag1=false;flag1=true;turn=0;/ 釋放資

18、源/ 這三行是模擬互斥信號量申請while(flag0 && turn=0)while(nAccount1+nAccount2)=0 && (nLoop1+nLoop2)<COUNT); cout<<"2 循環(huán)次數(shù)為 :"<<nLoop2<<endl; flag1=false;return 0;int main()long time;HANDLE Thread2;DWORD time_start, time_end;time_start = GetTickCount();Thread0 = CreateThread(NULL,0,ThreadFunc0,NULL,0,NULL); Thread1 = CreateThread(NULL,0,ThreadFu