操作系統(tǒng)進(jìn)程同步和互斥的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué) 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告姓名： 年級專業(yè)班級 日期 2008 年 11 月 25日 成績 課程名稱操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)名稱進(jìn)程同步和互斥 實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證 設(shè)計(jì)綜合 創(chuàng)新【實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求】?）通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)程同步和互斥，掌握有關(guān)進(jìn)程（線程）同步與互斥的原理，以及解決進(jìn)程（線程）同步和互斥的算法，從而進(jìn)一步鞏固進(jìn)程（線程）同步和互斥等有關(guān)的內(nèi)容。（2）了解Windows2000/XP中多線程的并發(fā)執(zhí)行機(jī)制，線程間的同步和互斥。（3）學(xué)習(xí)使用Windows2000/XP中基本的同步對象，掌握相應(yīng)的API函數(shù)。（4）掌握進(jìn)程和線程的概念，進(jìn)程（線程）的控制原語或系統(tǒng)調(diào)用的使用。【

2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】在Windows XP操作系統(tǒng)下，使用java等編程語言，采用進(jìn)程（線程）同步和互斥的技術(shù)編寫程序?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題?！緦?shí)驗(yàn)環(huán)境】（含主要設(shè)計(jì)設(shè)備、器材、軟件等）裝有JDK1.6 的PC電腦一臺(tái)【實(shí)驗(yàn)步驟、過程】（含原理圖、流程圖、關(guān)鍵代碼，或?qū)嶒?yàn)過程中的記錄、數(shù)據(jù)等）生產(chǎn)者進(jìn)程(進(jìn)程由多個(gè)線程組成)生產(chǎn)信息，例如它可以是計(jì)算進(jìn)程。消費(fèi)者進(jìn)程使用信息，它可以是輸出打印進(jìn)程。由于生產(chǎn)者和消費(fèi)者彼此獨(dú)立，且運(yùn)行速度不確定，所以很可能出現(xiàn)生產(chǎn)者已產(chǎn)生了信息而消費(fèi)者卻沒有來得及接受信息這種情況。為此，需要引入由一個(gè)或者若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成的臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)，以便存放生產(chǎn)者所產(chǎn)生的信息，平滑進(jìn)程間

3、由于速度不確定所帶來的問題。這個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)叫做緩沖區(qū)，通常用一維數(shù)組來表示。由一個(gè)或若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成的緩沖區(qū)叫作“有窮緩沖區(qū)”。下面我們來分 析一下有窮緩沖的生產(chǎn)者和消費(fèi)者的例子。生產(chǎn)者緩沖池消費(fèi)者放入產(chǎn)品獲取緩沖區(qū)情況取出產(chǎn)品獲取緩沖區(qū)情況原理圖假設(shè)有多個(gè)生產(chǎn)者和多個(gè)消費(fèi)者，它們共享一個(gè)具有n個(gè)存儲(chǔ)單元的有窮緩沖區(qū)Buffer(0n-1)，這 是一個(gè)環(huán)形隊(duì)列。其隊(duì)尾指針Rear指向當(dāng)前信息應(yīng)存放的位置(BufferRear)，隊(duì)首指針Front指向當(dāng)前 取出信息的位置(Bufferfront)。生產(chǎn)者進(jìn)程總是把信息存放在BufferRear中，消費(fèi)者進(jìn)程則總是從 Buffer Rear中取

4、出信息。如果想使生產(chǎn)者進(jìn)程和消費(fèi)者進(jìn)程協(xié)調(diào)合作，則必須使它們 遵循如下規(guī)則: 1) 只要緩沖區(qū)有存儲(chǔ)單元，生產(chǎn)者都可往其中存放信息；當(dāng)緩沖區(qū)已滿時(shí)，若任意生產(chǎn)者提出寫要求，則都必須等待； 2) 只要緩沖區(qū)中有消息可取，消費(fèi)者都可從緩沖區(qū)中取出消息；當(dāng)緩沖區(qū)為空時(shí)，若任意消費(fèi)者想取出信息，則必須等待； 3) 生產(chǎn)者們和消費(fèi)者們不能同時(shí)讀、寫緩沖區(qū)。開始生產(chǎn)者線程開始消費(fèi)者線程開始是放入產(chǎn)品到緩沖池判斷緩沖池是否滿了判斷緩沖池能否放下新產(chǎn)品否是否是從緩沖池中取出產(chǎn)品判斷緩沖池是否空判斷緩沖池中產(chǎn)品夠不夠取否是否通過notify()喚醒消費(fèi)者線程,而生產(chǎn)者線程阻塞通過notify()喚醒生產(chǎn)者線程,

5、而消費(fèi)者線程阻塞在實(shí)際運(yùn)行中,生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩個(gè)線程的最開始的運(yùn)行是沒有先后之分的，兩個(gè)線程處于同時(shí)執(zhí)行的狀態(tài)。流程圖代碼: public class ProducerConsumer public static void main(String args) SyncStack ss = new SyncStack(); Producer p = new Producer(ss); Consumer c = new Consumer(ss); new Thread(p).start(); new Thread(p).start(); new Thread(p).start(); new Thr

6、ead(c).start(); class WoTou int id; WoTou(int id) this.id = id; public String toString() return WoTou : + id; class SyncStack int index = 0; WoTou arrWT = new WoTou6; public synchronized void push(WoTou wt) while(index = arrWT.length) try this.wait(); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace

7、(); this.notifyAll(); arrWTindex = wt; index +; public synchronized WoTou pop() while(index = 0) try this.wait(); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); this.notifyAll(); index-; return arrWTindex; class Producer implements Runnable SyncStack ss = null; Producer(SyncStack ss) this.ss =

8、ss; public void run() for(int i=0; i20; i+) WoTou wt = new WoTou(i); ss.push(wt);System.out.println(生產(chǎn)了： + wt); try Thread.sleep(int)(Math.random() * 200); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); class Consumer implements Runnable SyncStack ss = null; Consumer(SyncStack ss) this.ss = ss;

9、 public void run() for(int i=0; i20; i+) WoTou wt = ss.pop();System.out.println(消費(fèi)了: + wt); try Thread.sleep(int)(Math.random() * 1000); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); 結(jié)果：（隨機(jī)的）生產(chǎn)了：WoTou : 0生產(chǎn)了：WoTou : 0消費(fèi)了: WoTou : 0生產(chǎn)了：WoTou : 1生產(chǎn)了：WoTou : 1生產(chǎn)了：WoTou : 1生產(chǎn)了：WoTou : 2生產(chǎn)了：WoTou :

10、 3消費(fèi)了: WoTou : 2消費(fèi)了: WoTou : 3生產(chǎn)了：WoTou : 4消費(fèi)了: WoTou : 4生產(chǎn)了：WoTou : 5消費(fèi)了: WoTou : 5生產(chǎn)了：WoTou : 6消費(fèi)了: WoTou : 6生產(chǎn)了：WoTou : 2消費(fèi)了: WoTou : 2生產(chǎn)了：WoTou : 3消費(fèi)了: WoTou : 3生產(chǎn)了：WoTou : 4消費(fèi)了: WoTou : 4生產(chǎn)了：WoTou : 5消費(fèi)了: WoTou : 5生產(chǎn)了：WoTou : 6消費(fèi)了: WoTou : 6【實(shí)驗(yàn)結(jié)果或總結(jié)】（對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)分析，或總結(jié)實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)，并提出實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見）經(jīng)過幾天的努力實(shí)驗(yàn)終于完成，程序能正確運(yùn)行。對線程的同步與互斥技術(shù)有了比較深刻的了解，生產(chǎn)者消費(fèi)者問題是研究多線程程序時(shí)繞不開的問題，它的描述是有一塊生產(chǎn)者和消費(fèi)者共享的有界緩沖區(qū)，生產(chǎn)者往緩沖區(qū)放入產(chǎn)品，消費(fèi)者從緩沖區(qū)取走產(chǎn)品，這個(gè)過程可以無休止的執(zhí)行，不能因緩沖區(qū)滿生產(chǎn)者放不進(jìn)產(chǎn)