操作系统第一次实验报告_操作系统临界区问题.docx

操作系统临界区问题 刘唯墨 一、实验目的 本实验讨论临界区问题及其解决方案。实验首先创建两个共享数据资源的并发线程。在没有同步控制机制的情况下，我们将看到某些异常现象。 针对观察到的现象，本实验采用两套解决方案： ? 利用Windows 的mutex 机制 ? 采用软件方案 然后比较这两种方案的性能优劣。 二、实验步骤 1、制造混乱 Windows 操作系统支持抢先式调度，这意味着一线程运行一段时间后，操作系统会暂停其运行并启动另一线程。也就是说，进程内的所有线程会以不可预知的步调并发执行。 为了制造混乱，我们首先创建两个线程t1 和t2。父线程（主线程）定义两个全局变量，比如accnt1 和accnt2。每个变量表示一个银行账户，其值表示该账户的存款余额，初始值为0。线程模拟在两个账户之间进行转账的交易。也即，每个线程首先读取两个账户的余额，然后产生一个随机数r，在其中一个账户上减去该数，在另一个账户上加上该数。代码如下： #include stdio.h #include stdlib.h #include windows.h int accnt1=0; int accnt2=0; double begin=0; double end=0; double time=0; int a=1; //HANDLE hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); DWORD WINAPI run(LPVOID p) { int counter=0; int tmp1,tmp2,r; //WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE); begin=GetTickCount(); do { tmp1=accnt1; tmp2=accnt2; r=rand(); accnt1=tmp1+r; accnt2=tmp2-r; counter++; } while (accnt1+accnt2==0counter1000000); end=GetTickCount(); time=end-begin; printf(进?程¨?%d所¨′用??时o?à间?为a%lf\n,a,time); a++; //ReleaseMutex(hMutex); counter=0; return 0; } int main(int argc, char *argv[]) { CreateThread(NULL,0,run,NULL,0,NULL); CreateThread(NULL,0,run,NULL,0,NULL); system(PAUSE); return 0; } 执行结果如下： 从运行结果可以看出，每次进程2都可以全部完成，完成一次计数所需要的时间为62ms，而进城1无法全部完成，所用时间不一定。 混乱制造成功。 2、解决方案 方案一：mutex 方案 Windows 操作系统提供了mutex 对象。mutex 状态可以signaled(unlocked) 或者是nonsignaled (locked)。利用mutex 对象，可以方便地实现临界区保护。进入临界区时（在第一个读操作之前），锁住mutex 对象；离开临界区时（在第二个写操作之后），打开mutex 对象。线程的阻塞与唤醒由系统管理，程序员无需干预。以下给出的是在Windows 操作系统下有关mutex 对象操作的提示。创建一个未上锁mutex 对象的代码如下： #include stdio.h #include stdlib.h #include windows.h int accnt1=0; int accnt2=0; double begin=0; double end=0; double time=0; int a=1; HANDLE hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); DWORD WINAPI run(LPVOID p) { int counter=0; int tmp1,tmp2,r; WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE); begin=GetTickCount(); do { tmp1=accnt1; tmp2=accnt2; r=rand(); accnt1=tmp1+r; accnt2=tmp2-r; counter++; } while (accnt1+accnt2==0counter1000000); end=GetTickCount(); time=end-begin; printf(进?程¨?%d所¨′用??时o?à间?为a%lf\n,a,time); a++; ReleaseMutex(hMut