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操作系统实验指导书

文档类型：

Microsoft Word 文档文档大小：105KB

操作系统实验指导书(2006年4月5日)
一、实验内容及课时进程同步与互斥(6学时)Windows虚拟存储器管理(6学时)文件系统(6学时)
二、实验环境
操作系统:Windows 2000
参考程序所使用的程序设计语言:VC 6.0
三、说明不限制实验所使用的程序设计语言.请学生复习所使用的程序设计语言、学习Windows SDK的API.
要求:每个实验都得提交实验报告.
四、实验时间安排实验
第一次上机
第二次上机
第三次上机实验一
第8周,周一4大节
第9周,周一4大节
第10周,周一4大节实验二
第12周,周一4大节
第13周,周一4大节
第14周,周一4大节实验三
第16周,周一4大节
第17周,周一4大节
第18周,周一4大节
注:9周,地点为70510~14周,地点为2-60116~18周,地点为2-705实验一进程同步与互斥
一、实验目的掌握基本的同步与互斥算法,理解生产者消费者模型.学习使用Windows 2000XP中基本的同步对象,掌握相关API的使用方法.
了解Windows 2000XP中多线程的并发执行机制,实现进程的同步与互斥.
二、实验内容及要求实验内容以生产者消费者模型为依据,在Windows 2000环境下创建一个控制台进程,在该进程中创建n个线程模拟生产者和消费者、实现进程(线程)的同步与互斥.
实验要求学习并理解生产者消费者模型及其同步互斥规则;学习了解Windows同步对象及其特性;熟悉实验环境、掌握相关API的使用方法;设计程序,实现生产者消费者进程(线程)的同步与互斥;提交实验报告.
三、相关知识介绍同步对象同步对象是指Windows中用于实现同步与互斥的实体,包括信号量(Semaphore),互斥量(Mutex),临界区(Critical Section)和事件(Events)等.本实验中使用到信号量,互斥量和临界区三个同步对象.
同步对象的使用步骤:创建初始化同步对象.请求同步对象,进入临界区(互斥量上锁).释放同步对象(互斥量解锁).这些对象在一个线程中创建、在其他线程中都可以使用,实现同步与互斥.
相关API的功能及使用我们利用Windows SDK提供的API编程实现实验题目要求,而VC中包含有Windows SDK的所有工具和定义.要使用这些API,需要包含堆这些函数进行说明的SDK头文件最常见的是Windows.h(特殊的API调用还需要包含其他头文件).
下面给出的是本实验使用到的API的功能和使用方法简单介绍.
(1) CreateThread功能创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程格式HANDLE CreateThread( lpThread );参数说明指向一个新线程的安全性描述符).
dwStackSize定义原始堆栈大小指向使用类型定义的函数.
lpParamiter定义一个给进程传递参数的指针定义控制线程创建的附加标志.lpThread保存线程标志符(32位)
(2) CreateMutex功能创建一个命名或匿名的互斥量对象HANDLE lpName);必须取值指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马上加锁).
lpName互斥量名称.
(3) 功能创建一个命名或匿名的信号量对象HANDLE lpName );必须取值信号量的初始值.该值大于0,但小于lMaximumCount指定的最大值.
lMaximumCount信号量的最大值.lpName信号量名称.
(4) 功能使程序处于等待状态、直到信号量hHandle出现(即其值大于等于1)或超过规定的等待时间DWORD hHandle, DWORD ;
hHandle信号量指针等待的最长时间(INFINITE为无限等待).
(5) 功能对指定信号量加上一个指定大小的量.成功执行则返回非0值BOOL );hSemaphore信号量指针.lReleaseCount信号量的增量保存信号量当前值.
(6) ReleaseMutex功能打开互斥锁、即把互斥量加1.成功调用则返回0BOOL hMutex);
hMutex互斥量指针.
(7) 功能初始化临界区对象VOID ;
指向临界区对象的指针.
(8) 功能等待指定临界区对象的所有权VOID ;
(9) 功能释放指定临界区对象的所有权VOID ;
四、实验示例(方法,步骤与例程)测试用例文件测试用例文件用于描述各线程的有关信息,该文件内容及格式如下:
3
说明:第一行给出的是程序中设置的临界区个数;其余各行是各进程信息.
每行中的数据之间用Tab键分隔.
第一列(除第一行外):线程号.
第二列:P生产者、C消费者.
第三列:线程在生产和消费前的休眠时间,单位为秒.
第四及以后各列:消费的产品所对应的生产者线程号.数据结构(1) 用整型数组表示缓冲区.
(2) 用自定义结构ThreadInfo记录一条线程信息,多个线程对应一个ThreadInfo数组.
(3) 通过如下同步对象实现互斥:设一个互斥量h-mutex,实现生产者在查询和保留缓冲区的下一个空位置时进行互斥.
设置h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]信号量数组表示相应产品已经生产,实现生产者与消费者之间的同步.同时,用表示空缓冲区树木的信号量指示是否存在空位置,实现类似的同步,以便开始下一个产品的生产.
设置临界区对象数组PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM]实现每个缓冲区上消费者之间的互斥.
程序结构为了方便,程序结构用如下的文字予以描述.
(1) 主函数(2) 初始化缓冲区、消费请求队列及部分同步对象(3) 提取线程信息(4) 完成线程相关同步对象的初始化(5) 创建线程,模拟生产者和消费者(6) 等待所有线程结束(7) 程序结束(8) 消费者(9) 有无消费请求有、则继续(10);无,则转(16)
(10) 此请求可满足可满足,转(11);否,则阻塞,再转(10)
(11) 确定产品位置(12) 此产品正被消费是,则阻塞,再转(12);否,则转(13)
(13) 进入临界区(请求同一产品的消费者之间互斥)
(14) 消费产品、并判断是否应该释放产品所占缓冲区(15) 退出临界区、转(9)
(16) 结束消费者线程(17) 生产者(18) 存在空缓冲区有、则继续(19);无,则阻塞,再转(18)
(19) 另一生产者在写否,则转(20);是,则阻塞,再转(19)
(20) 进入临界区(请求同一产品的生产者之间互斥)
(21) 在缓冲区中为本线程产品分配空间(22) 退出临界区(23) 写入产品到分配的缓冲区空间中(24) 结束生产者线程示例程序本程序允许的最大临界区数define MAX_BUFFER_NUM 10秒到微秒的乘法因子define INTE_PER_SEC 1000生产和消费进程总数define MAX_THREAD_NUM 64定义记录在测试文件中的线程参数数据结构struct ThreadInfo{int serial;char entity;double delay;int thread_request[MAX_THREAD_NUM;
int n_request;全局变量定义临界区对象的声明,用于管理缓冲区的互斥访问 PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM;
int Buffer_ Critical[MAX_BUFFER_NUM; 缓冲区声明HANDLE h_Thread[MAX_THREAD_NUM; 存储线程句柄的数组[MAX_THREAD_NUM; 线程信息数组HANDLE ; 信号量HANDLE h_mutex; 互斥量DWORD n_Thread=0; 实际线程数目DWORD ; 实际缓冲区临界区数目HANDLE h_semephore[MAX_THREAD_NUM; 生产者允许消费的信号量生产,消费及辅助函数的声明void Produce(void p);void Consume(void p);bool ;int ;int ;int main(void){DWORD wait_for_all;ifstream inFile;初始化缓冲区for(int i=0;iThread_Info[;
inFile>Thread_Info[;
inFile>Thread_Info[n_Thread.delay;
char c;inFile.get(c);while(c\n!inFile.eof){ inFile>Thread_Info[[Thread_Info[;
}n_Thread;回显获得的线程信息,便于确认正确性

doc文档的标签：操作系统指导书实验

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