进程控制系统设计说明书

中北大学课程设计说明书学院、系：软件学院专业：软件工程班级：13140A05学生姓名：学号：设计题目：基于Windows的线程控制与同步起迄日期:2015年12月28日~2016年1月8日指导教师:日期:2015年12月25日一、设计目的进程同步是处理机管理中一个重要的概念。本设计要求学生理解和掌握Windows中线程控制与同步机制的相关API函数的功能，能够利用这些函数进行编程。二、任务概述(1)实现生产者-消费者问题。(2)实现读/写者问题。(3)实现哲学家就餐问题。三、总体设计（1）生产者-消费者问题。是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。（2）读/写者问题。创建一个控制台程序，此程序包含n个线程。用这n个线程来表示n个读者或写者。每个线程按相应测试数据文件(后面有介绍)的要求进行读写操作。用信号量机制分别实现读者优先或写者优先的读者-写者问题。（3）实现哲学家就餐问题。用来演示在并行计算中多线程同步(Synchronization)时产生的问题。在1971年，著名的计算机科学家艾兹格·迪科斯彻提出了一个同步问题，即假设有五台计算机都试图访问五份共享的磁带驱动器。稍后，这个问题被托尼·霍尔重新表述为哲学家就餐问题。这个问题可以用来解释死锁和资源耗尽。有服务生解法，资源分级解法，Chandy/Misra解法。四、详细设计函数(1)生产者-消费者问题#includewindows.h#includeconio.h#includestdio.h#includetime.h#defineMAX20//定义缓冲池的最大容量是20intcount;voidProclucer(){intk,a=0;while(1){if(count=MAX){printf(缓冲池已满!等待2秒!\n);Sleep(1000);}else{k=rand();if(k%2==0){a++;count++;printf(生产了一个产品!当前产品的数量是:%d生产产品总数:%d\n\n,count,a);}Sleep(600);}}}voidConsumer(){intk,b=0;while(1){if(count=0){printf(缓冲池已空!等待2秒!\n);Sleep(1000);}else{k=rand();if(k%2!=0){b++;count--;printf(取出了一个产品!当前产品的数量是:%d取出产品总数:%d\n,count,b);}Sleep(600);}}}inttStop()//创建一个停止函数{getch();return11;}voidStart(){intm;HANDLEahThread=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)Proclucer,NULL,0,NULL);HANDLEbhThread=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)Consumer,NULL,0,NULL);HANDLEhThread=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)tStop,NULL,0,NULL);m=tStop();if(m==11){CloseHandle(ahThread);CloseHandle(bhThread);CloseHandle(hThread);printf(\nCloseThreadSuccess!\nh);}}intmain(){Start();printf(\n);}(2)读/写者问题#includestdio.h#includeprocess.h#includewindows.h//设置控制台输出颜色BOOLSetConsoleColor(WORDwAttributes){HANDLEhConsole=GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);if(hConsole==INVALID_HANDLE_VALUE)returnFALSE;returnSetConsoleTextAttribute(hConsole,wAttributes);}constintREADER_NUM=5;//读者个数//关键段和事件CRITICAL_SECTIONg_cs,g_cs_writer_count;HANDLEg_hEventWriter,g_hEventNoReader;intg_nReaderCount;//读者线程输出函数(变参函数的实现)voidReaderPrintf(char*pszFormat,...){va_listpArgList;va_start(pArgList,pszFormat);EnterCriticalSection(&g_cs);vfprintf(stdout,pszFormat,pArgList);LeaveCriticalSection(&g_cs);va_end(pArgList);}//读者线程函数unsignedint__stdcallReaderThreadFun(PVOIDpM){ReaderPrintf(编号为%d的读者进入等待中...\n,GetCurrentThreadId());//等待写者完成WaitForSingleObject(g_hEventWriter,INFINITE);//读者个数增加EnterCriticalSection(&g_cs_writer_count);g_nReaderCount++;if(g_nReaderCount==1)ResetEvent(g_hEventNoReader);LeaveCriticalSection(&g_cs_writer_count);//读取文件ReaderPrintf(编号为%d的读者开始读取文件...\n,GetCurrentThreadId());Sleep(rand()%100);//结束阅读,读者个数减小,空位增加ReaderPrintf(编号为%d的读者结束读取文件\n,GetCurrentThreadId());//读者个数减少EnterCriticalSection(&g_cs_writer_count);g_nReaderCount--;if(g_nReaderCount==0)SetEvent(g_hEventNoReader);LeaveCriticalSection(&g_cs_writer_count);return0;}//写者线程输出函数voidWriterPrintf(char*pszStr){EnterCriticalSection(&g_cs);SetConsoleColor(FOREGROUND_RED);printf(%s\n,pszStr);SetConsoleColor(FOREGROUND_RED|FOREGROUND_GREEN|FOREGROUND_BLUE);LeaveCriticalSection(&g_cs);}//写者线程函数unsignedint__stdcallWriterThreadFun(PVOIDpM){WriterPrintf(┍------------------┑\n写者线程进入等待中\n┕------------------┙);//等待读文件的读者为零WaitForSingleObject(g_hEventNoReader,INFINITE);//标记写者正在写文件ResetEvent(g_hEventWriter);//写文件WriterPrintf(┍------------------┑\n写者开始写文件\n┕------------------┙);Sleep(rand()%100);WriterPrintf(┍------------------┑\n写者结束写文件\n┕------------------┙);//标记写者结束写文件SetEvent(g_hEventWriter);return0;}intmain(){printf(-------------------读者写者问题------------------13140A05班12组-------------\n);//初始化事件和信号量InitializeCriticalSection(&g_cs);InitializeCriticalSection(&g_cs_writer_count);//手动置位,初始已触发g_hEventWriter=CreateEvent(NULL,TRUE,TRUE,NULL);g_hEventNoReader=CreateEvent(NULL,FALSE,TRUE,NULL);g_nReaderCount=0;inti;HANDLEhThread[READER_NUM+1];//先启动二个读者线程for(i=1;i=2;i++)hThread[i]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,ReaderThreadFun,NULL,0,NULL);//启动写者线程hThread[0]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,WriterThreadFun,NULL,0,NULL);Sleep(50);//最后启动其它读者结程for(;i=READER_NUM;i++)hThread[i]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,ReaderThreadFun,NULL,0,NULL);WaitForMultipleObjects(READER_NUM+1,hThread,TRUE,INFINITE);for(i=0;iREADER_NUM+1;i++)CloseHandle(hThread[i]);//销毁事件和信号量CloseHandle(g_hEventWriter);CloseHandle(g_hEventNoReader);DeleteCriticalSection(&g_cs);DeleteCriticalSection(&g_cs_writer_count);//return0;system(pause);}（3）实现哲学家就餐问题#defineWIN32_LEAN_AND_MEAN#includecstdio#includecstdlib#includeWindows.hDWORDWINAPIPhilosoperThreadFunc(LPVOID);#definePHILOSOPERS5//定义5个哲学家HANDLEchop_sticks[PHILOSOPERS];HANDLEthreads[PHILOSOPERS];intmain(intargc,char**argv){for(inti=0;iDESKTOPHORZRES;++i)chop_sticks[i]=CreateMutex(NULL,//缺省安全性FALSE,//初始时拥有，此时互斥体为无信号状态NULL//匿名的);//创建互斥体for(inti=0;iPHILOSOPERS;++i)threads[i]=CreateThread(NULL,0,PhilosoperThreadFunc,(PVOID)i,0,NULL);//创建线程WaitForMultipleObjects(PHILOSOPERS,threads,TRUE,INFINITE);//等待FHILOSOPERS终止returnEXIT_SUCCESS;}DWORDWINAPIPhilosoperThrea