南昌大學(xué)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告二編程模擬進(jìn)程間的同步和互斥

南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告（2）編程模擬進(jìn)程間的同步和互斥學(xué)生姓名：張皓然學(xué)號：5501215001專業(yè)班級：本碩151實(shí)驗(yàn)類型：□驗(yàn)證□綜合■設(shè)計(jì)□創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)日期：2017.5.5實(shí)驗(yàn)成績：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對進(jìn)程同步和互斥的理解，并掌握進(jìn)程（線程）的創(chuàng)建和調(diào)用方法。學(xué)會使用信號量解決資源共享問題。學(xué)生可以自己選擇在Windows或Linux系統(tǒng)下編寫。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）以下為Linux系統(tǒng)下參考程序，請編譯、運(yùn)行并觀察程序的輸出，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出實(shí)驗(yàn)報告。#include<stdio.h>//標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出頭文件#include<stdlib.h>//standardlibrary標(biāo)準(zhǔn)庫頭文件#include<unistd.h>//POSIX標(biāo)準(zhǔn)定義的unix類系統(tǒng)定義符號常量的頭文件，包含了許多UNIX系統(tǒng)服務(wù)的函數(shù)原型，例如read函數(shù)、write函數(shù)和getpid函數(shù)。#include<time.h>//time.h是C標(biāo)準(zhǔn)庫頭文件，主要是一些和時間相關(guān)的函數(shù)#include<sys/types.h>//基本系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型#include<sys/wait.h>//declarationsforwaiting#include<linux/sem.h>//Semaphoreoperationflags#defineNUM_PROCS5//5個子進(jìn)程#defineSEM_ID250//信號量#defineFILE_NAME"/tmp/sem_aaa"#defineDELAY4000000voidupdate_file(intsem_set_id,char*file_path,intnumber){ structsembufsem_op; FILE*file;//建立一個文件指針 //等待信號量的數(shù)值變?yōu)榉秦?fù)數(shù)，此處設(shè)為負(fù)值，相當(dāng)于對信號量進(jìn)行P操作 sem_op.sem_num=0; sem_op.sem_op=-1; sem_op.sem_flg=0; semop(sem_set_id,&sem_op,1);/*操作一組信號，進(jìn)程的標(biāo)識符號為sem_set_id，sem_op是結(jié)構(gòu)指針。sem_op：如果其值為正數(shù)，該值會加到現(xiàn)有的信號內(nèi)含值中，通常用于釋放所控資源的使用權(quán)；如果sem_op的值為負(fù)數(shù)，而其絕對值又大于信號的現(xiàn)值，操作將會阻塞，直到信號值大于或等于sem_op的絕對值，通常用于獲取資源的使用權(quán)；如果sem_op的值為0，則操作將暫時阻塞，直到信號的值變?yōu)?。*/ //寫文件，寫入的數(shù)值是當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程號 file=fopen(file_path,"w");//寫文件，若成功則返回文件起始地址；否則置0 if(file){//臨界區(qū) fprintf(file,"%d\n",number);//將進(jìn)程號寫入*file處 printf("%d\n",number);將當(dāng)前的進(jìn)程號輸?shù)綐?biāo)準(zhǔn)輸出里。 fclose(file);//關(guān)閉文件 } //發(fā)送信號，把信號量的數(shù)值加1，此處相當(dāng)于對信號量進(jìn)行V操作 sem_op.sem_num=0; sem_op.sem_op=1; sem_op.sem_flg=0; semop(sem_set_id,&sem_op,1);}//子進(jìn)程寫文件voiddo_child_loop(intsem_set_id,char*file_name){ pid_tpid=getpid(); inti,j;//取得目前進(jìn)程的識別碼，返回當(dāng)前的進(jìn)程的標(biāo)識符 for(i=0;i<3;i++){ update_file(sem_set_id,file_name,pid); for(j=0;j<4000000;j++); }}intmain(intargc,char**argv){ intsem_set_id;//信號量集的ID unionsemunsem_val;//信號量的數(shù)值，用于semctl() intchild_pid; inti; intrc; //建立信號量集，ID是250，其中只有一個信號量 sem_set_id=semget(SEM_ID,1,IPC_CREAT|0600); if(sem_set_id==-1){//若調(diào)用失敗，輸出錯誤類型，強(qiáng)制退出程序 perror("main:semget"); exit(1); } //把第一個信號量的數(shù)值設(shè)置為1 sem_val.val=1; rc=semctl(sem_set_id,0,SETVAL,sem_val); if(rc==-1) {//測試是否成功調(diào)用semclt（）函數(shù) perror("main:semctl"); exit(1); } //建立一些子進(jìn)程，使它們可以同時以競爭的方式訪問信號量 for(i=0;i<NUM_PROCS;i++){//通過fork（）函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程arg.val=1;if(semctl(mutxid,0,SETVAL,arg)==-1)perror("setctlsetvalerror");//初始化P,V操作V.sem_num=0;V.sem_op=1;V.sem_flg=SEM_UNDO;P.sem_num=0;P.sem_op=-1;P.sem_flg=SEM_UNDO;//生產(chǎn)者進(jìn)程if(fork()==0){inti=0;while(i<100){//semop(信號量，資源，數(shù)目)semop(emptyid,&P,1); //mutex實(shí)現(xiàn)臨界資源的互斥使用semop(mutxid,&P,1);array[*(set)%MAXSEM]=i+1;printf("Producer%d\n",array[(*set)%MAXSEM]); //生產(chǎn)產(chǎn)品的標(biāo)號+1(*set)++;semop(mutxid,&V,1);semop(fullid,&V,1);i++;}sleep(10);printf("Producerisover");exit(0);}else{//ConsumerA進(jìn)程if(fork()==0){while(1){semop(fullid,&P,1);semop(mutxid,&P,1);//判斷是否所有產(chǎn)品都被消費(fèi)了if(*get==100)break;*sum+=array[(*get)%MAXSEM];printf("TheComsumerAGetNumber%d\n",array[(*get)%MAXSEM]);(*get)++;//判斷這次消費(fèi)是否為最后一次消費(fèi)if(*get==100)printf("Thesumis%d\n",*sum);semop(mutxid,&V,1);semop(emptyid,&V,1);sleep(1);}printf("ConsumerAisover");exit(0);}else{//ConsumerB進(jìn)程if(fork()==0){while(1){semop(fullid,&P,1);semop(mutxid,&P,1);if(*get==100)break;*sum+=array[(*get)%MAXSEM];printf("TheComsumerBGetNumber%d\n",array[(*get)%MAXSEM]);(*get)++;if(*get==100)printf("Thesumis%d\n",*sum);semop(mutxid,&V,1);semop(emptyid,&V,1);sleep(1);}printf("ConsumerBisover");exit(0);}}}//sleep(20);return0;}要解決該問題，就必須讓生產(chǎn)者在緩沖區(qū)滿時休眠（要么干脆就放棄數(shù)據(jù)），等到下次消費(fèi)者消耗緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)的時候，生產(chǎn)者才能被喚醒，開始往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)。同樣，也可以讓消費(fèi)者在緩沖區(qū)空時進(jìn)入休眠，等到生產(chǎn)者往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)之后，再喚醒消費(fèi)者。通常采用進(jìn)程間通信的方法解決該問題，常用的方法有信號燈法等。如果解決方法不夠完善，則容易出現(xiàn)死鎖的情況。出現(xiàn)死鎖時，兩個線程都會陷入休眠，等待對方喚醒自己。該問題也能被推廣到多個生產(chǎn)者和消費(fèi)者的情形。思考：1、關(guān)于sleep（）Sleep函數(shù)對于指定的時間間隔掛起當(dāng)前的執(zhí)行線程。格式：VOIDSleep（DWORDdwMilliseconds）;dwMilliseconds：定義掛起執(zhí)行線程的時間，以毫秒(ms)為單位。取值為0時，該線程將余下的時間片交給處于就緒狀態(tài)的同一優(yōu)先級的其他線程。若沒有處于就緒狀態(tài)的同一優(yōu)先級的其他線程，則函數(shù)立即返回，該線程繼續(xù)執(zhí)行。若取值為INFINITE則造成無限延遲。2.關(guān)于semop在Linux下，PV操作通過調(diào)用semop函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。該函數(shù)定義在頭文件sys/sem.h中，原型如下：intsemop（intsemid，structsembuf*sops，size_tnsops）；