OS Expe 02 线程的同步

实验二:线程的同步

一、实验目的

1）进一步掌握windows系统环境下线程的创建和撤销
2）熟悉windows系统提供的线程同步API（是WINDOWS提供给应用程序与操作系统的接口）
3）使用windows系统提供的线程同步API解决实际问题

二、实验准备

1. 进程同步机制的主要任务：

对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的诸进程之间能够按照一定的规则（或时序）共享系统资源，并能很好地相互合作，从而使程序执行具有可再现性。

2. 线程和进程的发展历程

在20世纪60年代中期，人们在设计多道程序OS时，引入了进程的概念，从而解决了在单处理机环境下的程序并发执行问题。此后在长达20年的时间里，在多道程序OS中一直以进程作为能拥有资源和独立调度的（运行）的基本单位。直到80年代中期，人们又提出了比进程更小的基本单位 线程 的概念，试图用它来提高程序并发执行的程度，以进一步改善系统的服务质量。特别是在进入20世纪90年代后，多处理机系统得到迅速发展，由于线程能更好的提高程序的并发执行程度，因而近几年推出的多处理机OS无一例外地都引入了进程，用以改善OS的性能。

由于线程具有许多传统进程所具有的特征，所以又称之为轻型进程或进程元，相应的，把传统进程称之为重型进程。传统进程相当于只有一个线程的任务，

3. 等待对象函数

原型：

DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,	//对象句柄DWORD dwMilliseconds //等待时间，以毫秒为单位
);

原型：

DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD nCount,				//句柄数组中的句柄数const HANDLE *lpHandles,	//指向对象句柄数组的指针BOOL fWaitAll				//等待类型 1/true表示等待所有的任务完成后进行下一个操作，0/flase 只等待任何一个的完成DWORD dwMilliseconds 		//等待时间，以毫秒为单位
);

可等待的对象列表

• Change notification：变化通知
• Console input：控制台输入
• Events：事件
• Job：作业
• Mutex：互斥信号量
• Process：进程
• Semaphore：计数信号量 （本次主要用到）
• Thread：线程 （本次主要用到）
• Wait-able timer：定时器

如何去等待一个对象

1. 我们需要立一个Flag，用于在主子线程之间相互告知运行状态。
2. Flag = 信号量
3. 创建一个信号量

hHandle1 = CreateSemaphore(NULL, 0，1, "SemaphoreName1");//创建一个信号量（安全标识符，信号量初始态，信号量最大值，信号量名称）

4. 打开一个信号量

hHandle1 = OpenSemaphore( SYNCHRONIZE ISEMAPHORE_ MODIFY_ STATE, NULL,"SemaphoreName1" );//（访问标志，继承标志，信号量名）

5. 释放信号量

rc = ReleaseSemaphore (hHandle1, 1, NULL)（我们需要释放哪一个信号量，对信号量进行增几的操作，信号量要增加数值地址）;

6. 等待单个对象

dRes = WaitForSingleObject(hHandle1 , INFINITE); // 主线程无限期地等待子线程结束（信号量的句柄，如果没有释放无限运行）  如果对操作时长有限制，可在第二个参数设置等待的最大值

7. 等待多个对象

dRes = WaitForMultiple0bjects(3, hHandles, 1, INFINITE); //第三个参数为1或true时，等待数组中所有对象完成，为0或者false时满足一个任务结束就可继续执行

三、实验内容

实验一 线程的同步之等待单个对象

实验二 线程的同步之等待多个对象

实验要求

能正确使用等待对象、WaitForSingleObject（）或WaitForMultipleObject（)及信号量对象CreateSemaphore（）、OpenSemaphore（）、ReleaseSemaphore（）等系统调用，进一步理解线程的同步。

实验指导

1.在Microsoft visual C++6.0环境下建立一个MFC支持的控制台文件，编写C程序。
2.在程序中使用CreateSemaphore（NULL，0，1，”SemaphoreName1”）创建一个名为“SemaphoreName1”的信号量，信号量的初始值为0。
之后使用

OpenSemaphore（SYNCHRONIZE|SEMAPHORE_MODIFY_STARTE,NULL, ”SemaphoreName1）

打开该信号量，这里访问标志使用“SYNCHRONIZE|SEMAPHORE_MODIFY_STARTE”，
以便之后可以使用WaitForSingleObject（）等待该信号量及使用ReleaseSemaphore（）释放该信号量，然后创建一个子线程。

3.主线程创建子线程后调用WaitForSingleObject（hHandle1，INFINITE），这里等待时间设置为INFINITE表示一直等待下去，直到该信号量被唤醒为止。

4.子线程结束，调用ReleaseSemaphore（hHandle1，1，NULL）释放信号量，使信号量的值加1。

源程序

实验一主要内容及代码

• 创建一个信号量并打开，创建一个线程，主线程等待子线程结束，释放信号量。

static HANDLE hHandle1 = NULL;void chef()
{printf("麻辣香锅开始制作，预计等待时间5秒。\n");Sleep(5000);printf("麻辣香锅制作完成！\n");BOOL rc;DWORD err;rc = ReleaseSemaphore(hHandle1,1,NULL);err = GetLastError();printf("ReleaseSemaphore err=%d\n",err);if(rc == 0){	printf("Semaphore Release Fail!\n");}else{	printf("Semaphore Release Success! rc=%d\n",rc);	}
}int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
{int nRetCode = 0;DWORD dRes,err;hHandle1 = CreateSemaphore(NULL,0,1,"SemaphoreName1");//创建一个信号量if(hHandle1 == NULL){printf("Semaphore Create Fail!\n");}else{printf("Semaphore Create Success!\n");}hHandle1 = OpenSemaphore(SYNCHRONIZE|SEMAPHORE_MODIFY_STATE,NULL,"SemaphoreName1");if(hHandle1 == NULL){printf("Semaphor Open Fail!\n");}else{printf("Semaphor Open Success!\n");}HANDLE handle1 = NULL;DWORD ThreadID1 = NULL;handle1 = CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) chef,(LPVOID) NULL,0,&ThreadID1);dRes = WaitForSingleObject(hHandle1,INFINITE);err = GetLastError();if(err == 0){printf("麻辣香锅上菜完毕，请开动吧。\n");}else{printf("WaitForSingleObject err = %d\n",err);}return nRetCode;
}

效果图

实验二主要内容及代码

• 创建三个线程，当三个线程都执行完毕时，执行主线程

void chef(int meal_code)
{if(meal_code == 0){Sleep(5000);printf("麻辣香锅制作完成！\n");}else if(meal_code == 1){Sleep(3000);printf("什锦菇制作完成！\n");}else if(meal_code == 2){Sleep(6000);printf("米饭制作完成！\n");}}int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
{int nRetCode = 0;DWORD dRes,err;HANDLE handle1 = NULL;HANDLE handle2 = NULL;HANDLE handle3 = NULL;DWORD ThreadID1 = NULL;DWORD ThreadID2 = NULL;DWORD ThreadID3 = NULL;int a = 0;int b = 1;int c = 2;handle1 = CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) chef,(LPVOID) a,0,&ThreadID1);handle2 = CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) chef,(LPVOID) b,0,&ThreadID2);handle3 = CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) chef,(LPVOID) c,0,&ThreadID3);HANDLE hHandles[3];hHandles[0] = handle1;hHandles[1] = handle2;hHandles[2] = handle3;dRes = WaitForMultipleObjects(3,hHandles,0,INFINITE);err = GetLastError();if(err == 0){printf("所有菜品上菜完毕，请开动吧。\n");}else{printf("WaitForSingleObject err = %d\n",err);}return nRetCode;
}

效果图

但是当我们的选择等待的对象为任意一个，即第三个参数为0时

dRes = WaitForMultipleObjects(3,hHandles,0,INFINITE);

效果图为：

四、实验总结

实验完成了主、子线程的同步，主线程创建子线程后，主线程塞，让子线程先执行，等子线程执行完后，由子线程唤醒主线程。是使我们了解如何使用使用等待对象WaitForSingleObject（）或WaitForMultipleObjects（)及信号量对象CreateSemaphore（）、OpenSemaphore（）、ReleaseSemaphore（）等系统调用，进一步理解线程的同步。